發(fā)布時間：2017-08-14 15:10

  本文關鍵詞：基于自適應PI控制方法的海上浮式風機獨立變槳控制研究

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【摘要】：隨著對能源需求的日益增加,新能源的發(fā)展日新月異。海上風能由于其資源豐富,視覺、噪音污染小,不占用土地資源與適宜大規(guī)模開發(fā)利用等特點,成為當今相對較新且具有挑戰(zhàn)性的研究領域。漂浮式風電機組作為一類適用于深海風能開發(fā)的風電機組,得到廣泛的重視。然而,由于其運行環(huán)境復雜性、系統(tǒng)參數(shù)不確定性、風波浪與結構之間的耦合作用,迫切需要先進控制方法來保持輸出功率穩(wěn)定并減小機組載荷,獨立變槳距控制技術應運而生。該方法能夠有效減小機組載荷,解決由塔影效應、風剪切效應等外部干擾因素造成的機組葉片及塔架等部件載荷在時間與空間上分布不均勻的問題,同時能夠保持輸出功率穩(wěn)定。此外,由于浮式風機工作環(huán)境的復雜性及維護修理的不便性,設計可靠、先進并具有一定容錯能力的控制方法對浮式風機變槳距系統(tǒng)進行控制具有重要的理論意義及應用價值。本論文針對海上浮式風電機組的獨立變槳距控制問題行深入研究,完成的主要研究工作有:(1)研究海上浮式風電機組控制設計中的風能轉換原理、風速特性、流體動力學特性及變槳距控制過程基本原理。通過分析塔影效應與風剪切效應對風速特性的影響,給出機組在不同風速區(qū)域內的運行控制策略原理,指明機組獨立變槳距控制設計對于機組運行穩(wěn)定的影響及意義。(2)針對浮式風機獨立變槳距系統(tǒng)的非線性及參數(shù)的不確定性等特點,結合機組葉片承受軸向不平衡氣動載荷的動態(tài)減載問題,對葉片受力情況進行分析,建立更加精確的非線性動態(tài)系統(tǒng)模型,為控制器的設計打下基礎。(3)基于機組葉片承受軸向不平衡氣動載荷的動態(tài)減載問題,設計適用于多輸入多輸出非線性動態(tài)系統(tǒng)的魯棒自適應PI跟蹤控制方法,對機組進行可靠的獨立變槳距控制,實現(xiàn)最終一致有界穩(wěn)定跟蹤控制,保證風機輸出功率的穩(wěn)定性�；贜REL FAST仿真平臺,以5 MW張力腿式浮式風機為對象進行仿真分析,驗證該控制方法的有效性。(4)考慮執(zhí)行器故障與外部擾動的影響,建立系統(tǒng)故障模型。設計魯棒自適應容錯PI跟蹤控制方法,實現(xiàn)系統(tǒng)在發(fā)生執(zhí)行器故障時,仍能使實際槳距角對期望值進行最終一致有界跟蹤,且使系統(tǒng)性能保持穩(wěn)定,改善機組輸出電能質量。通過基于FAST仿真平臺的仿真分析,驗證了該控制方法具有良好的控制效果及容錯能力。
【關鍵詞】：獨立變槳距 容錯控制 PI控制 浮式風機 執(zhí)行器故障
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 引言8-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 海上漂浮式風電研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 變槳距控制研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 容錯控制方法研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 研究目的及意義13-15
• 1.4 本論文主要工作15-18
• 2 浮式風機變槳距控制原理及建模18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 風能轉換原理18-21
• 2.3 風速特性21-24
• 2.3.1 風剪切效應22
• 2.3.2 塔影效應22-24
• 2.4 流體動力學特性24-26
• 2.5 獨立變槳距控制原理26-27
• 2.6 獨立變槳距控制系統(tǒng)建模27-33
• 2.6.1 系統(tǒng)模型建立27-30
• 2.6.2 仿真平臺30-33
• 2.7 本章小結33-34
• 3 獨立變槳距控制器設計34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 魯棒自適應PI控制器設計34-38
• 3.2.1 問題描述34-37
• 3.2.2 控制器設計37-38
• 3.3 穩(wěn)定性分析38-40
• 3.4 仿真分析40-47
• 3.5 本章小結47-48
• 4 執(zhí)行器故障下獨立變槳距控制器設計48-64
• 4.1 引言48-49
• 4.2 魯棒自適應容錯PI控制器設計49-51
• 4.2.1 問題描述49-51
• 4.2.2 控制器設計51
• 4.3 穩(wěn)定性分析51-54
• 4.4 仿真分析54-62
• 4.5 本章小結62-64
• 5 總結與展望64-66
• 5.1 總結64-65
• 5.2 展望65-66
• 致謝66-68
• 參考文獻68-74
• 附錄74
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄74
• B. 作者在攻讀學位期間取得的科研成果目錄74

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本文編號：673284