風(fēng)能作為一種可再生清潔能源,對世界能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。與傳統(tǒng)機械齒輪風(fēng)力發(fā)電機組相比,液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電機組利用液壓蓄能系統(tǒng)來儲存風(fēng)輪吸收的風(fēng)能,消除風(fēng)速隨機性和間歇性引起的輸出電能波動性變化對電網(wǎng)的沖擊。由于液壓蓄能系統(tǒng)直接安裝在高壓管路上,減小了風(fēng)能儲存過程中的能量損失,提高了風(fēng)能的利用率;同時多個液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電機組可共用一套蓄能系統(tǒng),有效降低蓄能系統(tǒng)的制造成本。當(dāng)蓄能系統(tǒng)釋放儲存的液壓能驅(qū)動液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)帶動同步發(fā)電機發(fā)電時,馬達(dá)轉(zhuǎn)速的變化對輸出電能的頻率和質(zhì)量有較大影響。由于馬達(dá)驅(qū)動同步發(fā)電機的負(fù)載實時變化,使得利用傳統(tǒng)PID控制時會出現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速超調(diào)量過大,輸出電能頻率無法滿足要求的問題。本文以液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電機組中的液壓蓄能發(fā)電系統(tǒng)作為研究對象,使用模糊自適應(yīng)PID對液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,提高馬達(dá)恒轉(zhuǎn)速控制性能和輸出電能品質(zhì),為液壓蓄能風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供理論和技術(shù)參考。首先,介紹了液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電機組的系統(tǒng)工作原理、機組的三種工作方式和具有的優(yōu)勢。在分析液壓蓄能器理想氣體方程、液壓蓄能發(fā)電系統(tǒng)流量連續(xù)性方程、液壓馬達(dá)和發(fā)電機力矩平衡方程以及同步... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

008~2018年全球風(fēng)電累計裝機容量

基于模糊自適應(yīng)PID的液壓蓄能發(fā)電系統(tǒng)馬達(dá)恒轉(zhuǎn)速控制研究2年全球風(fēng)電累計裝機容量呈現(xiàn)逐年快速上升趨勢。在最近的2018年，全球范圍內(nèi)的國家和地區(qū)，風(fēng)電市場總裝機容量已高達(dá)591GW，其中包含陸上風(fēng)電項目累計裝機容量為568GW，在累計裝機量中的占比為96.11%。值得關(guān)注的是,全球風(fēng)電市場累計裝機量在2008年至2018年這十年，年均復(fù)合增長率為17.19%。2018年的全球風(fēng)電市場新增裝機容量與2017年相比，超過了51.29GW，中國在眾多國家中仍居首位，裝機容量為21.14GW，占全球新增裝機容量的41.22%，中國海上新增裝機占總體比例為7.81%。2008年至2018年，中國風(fēng)電市場新增裝機容量年均復(fù)合增長率約為13.14%，累計裝機容量年均復(fù)合增長率約為33.11%[2]。圖1.12008~2018年全球風(fēng)電累計裝機容量圖1.22008~2018中國風(fēng)電市場累計與新增裝機總?cè)萘吭谧匀唤绺鞣N清潔能源中，由于風(fēng)能豐富的資源且容易捕獲，并且作為一種可再生且不會枯竭的清潔資源，盡可能將風(fēng)能開發(fā)利用，其轉(zhuǎn)化的能量特別是電能將能夠有效滿足人們的需求。風(fēng)能作為一種可再生清潔能源，其能源轉(zhuǎn)化過程基本不需要化石燃料的使用，不會危害到自然環(huán)境的發(fā)展和人類的生存，具有極其明顯的環(huán)境效益和很高的經(jīng)濟社會效益。在人類社會高度發(fā)展的今天，不管是太陽能發(fā)電、核能發(fā)電還是生物質(zhì)能發(fā)電，這些發(fā)電方法對環(huán)境的要求較高并且建造發(fā)電廠的周期相對較長，與這些發(fā)電方法相比，利用風(fēng)能發(fā)電將具有很大的市場優(yōu)勢和經(jīng)濟競爭力[6]。但是，由于風(fēng)能本身的隨機性、波動性和間歇性，這就

工程碩士學(xué)位論文3使得風(fēng)力發(fā)電這一過程的不可控隨機性高并且電能受風(fēng)的影響較大。其次，自然界風(fēng)能的產(chǎn)生會受到溫度、濕度、氣壓和海拔等各種自然環(huán)境因素的影響，這也導(dǎo)致了發(fā)電機輸入功率的不斷變化，這種隨機不穩(wěn)定的電功率注入中央電網(wǎng)，將對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和電能質(zhì)量造成嚴(yán)重影響[7]。今天，世界各國風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展已基本成熟，但是采用機械齒輪傳動的風(fēng)力發(fā)電機還存在如下問題[8-10]：1.整個傳動系統(tǒng)在機艙內(nèi)，機艙重量大；2.齒輪箱本身的故障率高，并且齒輪箱放置在機艙內(nèi)，導(dǎo)致維修不便；3.需要大功率變流器或軟啟動器；4.運行維護(hù)成本較高；5.輸出電能受風(fēng)隨機性、波動性影響較大。鑒于上述風(fēng)能隨機性、波動性和間歇性以及傳統(tǒng)機械齒輪風(fēng)力發(fā)電機存在的問題，并且考慮到液壓傳動系統(tǒng)具有調(diào)速簡單、功率質(zhì)量比大、便于蓄能和可靠性高等突出優(yōu)勢，世界各國相繼對液壓風(fēng)力發(fā)電機組進(jìn)行研究。1.3液壓風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀液壓風(fēng)力發(fā)電機組的基本原理如圖1.3所示，該型機組主要由風(fēng)輪、液壓泵、液壓馬達(dá)和同步發(fā)電機組成，液壓泵和液壓馬達(dá)之間通過管道連接形成閉環(huán)液壓系統(tǒng)。在該型機組能量轉(zhuǎn)化過程中，風(fēng)輪吸收風(fēng)能，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)動同軸液壓泵旋轉(zhuǎn)；液壓馬達(dá)在液壓泵的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能；最后液壓馬達(dá)帶動同步發(fā)電機工作，最終完成風(fēng)能—機械能—液壓能—機械能—電能的能量轉(zhuǎn)化。由液壓泵和液壓馬達(dá)組成的閉環(huán)液壓回路構(gòu)成“液壓變速”，實現(xiàn)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)速之間的無極調(diào)速，確保發(fā)電機時刻工作在同步轉(zhuǎn)速。圖1.3液壓風(fēng)力發(fā)電機組的基本原理

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