本文關(guān)鍵詞：基于改進(jìn)PID的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳距控制策略研究

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【摘要】：隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的大型化,其塔架高度和槳葉長度也大幅度增加,從而加劇了風(fēng)剪、塔影和湍流等因素對于風(fēng)力機(jī)各關(guān)鍵部件疲勞載荷的影響,現(xiàn)階段進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行的大型機(jī)組大多采用統(tǒng)一變槳控制,雖然能在一定程度上減小功率波動和風(fēng)輪不平衡載荷,但仍不能滿足風(fēng)電并網(wǎng)的要求。針對功率波動性大和風(fēng)能利用系數(shù)低等問題,本課題在分析了獨(dú)立變槳距理論和槳距角調(diào)節(jié)原理的基礎(chǔ)上,提出了基于風(fēng)速分區(qū)的分段PID獨(dú)立變槳距控制,主要完成工作如下:(1)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成建立了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各部分的數(shù)學(xué)模型,以動量-葉素理論為基礎(chǔ)建立了計(jì)及風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)和湍流風(fēng)況的風(fēng)速模型,并通過Matlab仿真平臺驗(yàn)證模型的有效性。(2)將構(gòu)建的風(fēng)速模型分別加入統(tǒng)一變槳距控制系統(tǒng)及普通PID獨(dú)立變槳距控制系統(tǒng),研究功率與風(fēng)速模型間的關(guān)系。仿真結(jié)果表明,普通PID獨(dú)立變槳距控制系統(tǒng)功率波動更小。(3)針對普通PID獨(dú)立變槳距系統(tǒng)在控制輸出功率穩(wěn)定性方面的不足,提出基于風(fēng)速分區(qū)的分段PID獨(dú)立變槳距控制方法。先由系統(tǒng)的規(guī)定誤差和黃金優(yōu)選法對額定風(fēng)速至切出風(fēng)速之間劃分合理的幾段風(fēng)速區(qū)域,然后根據(jù)不同的風(fēng)速區(qū)域設(shè)計(jì)不同的PID控制器。仿真結(jié)果表明,提議的控制策略能使發(fā)電機(jī)功率輸出更加穩(wěn)定。(4)針對非線性風(fēng)電機(jī)組不能精確建立模型的問題,提出將Matlab和GH Bladed實(shí)現(xiàn)交互設(shè)計(jì)的方法分析風(fēng)力機(jī)各部件的載荷。將GH Bladed中得到的槳葉的空氣動力參數(shù)和載荷導(dǎo)入Matlab構(gòu)建的控制器仿真系統(tǒng),獲得的結(jié)果再與GH Bladed系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試獲得葉片旋轉(zhuǎn)過程中在不同位置的氣動載荷。結(jié)果表明,與普通PID獨(dú)立變槳距控制相比,基于風(fēng)速分區(qū)的分段PID控制使三只槳葉葉根載荷分別減小12.45%、11.76%、11.63%;揮舞彎矩分別減小20.86%、21.00%、18.16%;輪轂固定坐標(biāo)下Y和Z方向載荷分別減小14.14%和11.25%;輪轂旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下Y和Z方向載荷分別減小13.06%和15.08%;塔架Y、Z方向的載荷分別減小26.43%和22.92%。仿真結(jié)果表明所提議的控制策略能減小風(fēng)力機(jī)各部件的不平衡載荷。
【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 疲勞載荷 功率波動 GH Bladed 風(fēng)速分區(qū)
【學(xué)位授予單位】：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM315;TP273
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 課題研究背景與意義8-10
• 1.1.1 課題研究背景8-9
• 1.1.2 課題研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 不平衡載荷的研究現(xiàn)狀10
• 1.2.2 變槳距控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 獨(dú)立變槳距控制策略的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容12-14
• 第2章 變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本理論14-29
• 2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成14-15
• 2.2 空氣動力學(xué)基礎(chǔ)15-21
• 2.2.1 動量理論15-16
• 2.2.2 葉素理論16-17
• 2.2.3 動量-葉素理論17-18
• 2.2.4 計(jì)算空氣動力載荷18-19
• 2.2.5 風(fēng)能的計(jì)算19
• 2.2.6 風(fēng)能利用系數(shù)與貝茲極限19-21
• 2.3 風(fēng)速特性研究21-26
• 2.3.1 風(fēng)剪切效應(yīng)風(fēng)速模型21-22
• 2.3.2 塔影效應(yīng)風(fēng)速模型22-24
• 2.3.3 湍流效應(yīng)24-25
• 2.3.4 風(fēng)剪切與塔影效應(yīng)同時(shí)影響槳葉的風(fēng)速模型25-26
• 2.4 變槳距控制研究26-28
• 2.4.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的統(tǒng)一變槳距控制系統(tǒng)26-28
• 2.4.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的獨(dú)立變槳距控制系統(tǒng)28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 獨(dú)立變槳距控制及仿真分析29-42
• 3.1 獨(dú)立變槳距控制策略29-31
• 3.1.1 獨(dú)立變槳距控制原理29
• 3.1.2 槳距角的調(diào)節(jié)原理29-31
• 3.2 變槳距控制系統(tǒng)的Simulink仿真模型31-34
• 3.2.1 風(fēng)輪模型31-32
• 3.2.2 發(fā)電機(jī)模型32-33
• 3.2.3 傳動系統(tǒng)模型33-34
• 3.2.4 變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型34
• 3.3 PID控制器的設(shè)計(jì)及變槳距系統(tǒng)仿真34-41
• 3.3.1 PID控制器設(shè)計(jì)34-35
• 3.3.2 統(tǒng)一變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)建模及仿真35-37
• 3.3.3 槳葉方位角權(quán)系數(shù)分配原理37-40
• 3.3.4 獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)建模及仿真40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 基于改進(jìn)PID的獨(dú)立變槳距系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)與仿真42-52
• 4.1 額定風(fēng)速以上槳距角與風(fēng)速的關(guān)系特點(diǎn)42-43
• 4.2 風(fēng)速工況分區(qū)43-50
• 4.2.1 黃金優(yōu)選法的選取44-48
• 4.2.2 基于測量葉根載荷的獨(dú)立變槳距控制器設(shè)計(jì)48-50
• 4.3 基于改進(jìn)PID控制的獨(dú)立變槳距控制系統(tǒng)建模與仿真50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 載荷分析研究52-68
• 5.1 GH Bladed簡介52-53
• 5.2 Matlab和GH Bladed的交互53
• 5.3 交互軟件所需要的一些技術(shù)53-57
• 5.3.1 GH Bladed外部控制器DLL的結(jié)構(gòu)54
• 5.3.2 Matlab Engine技術(shù)54-55
• 5.3.3 交互軟件的數(shù)據(jù)流和流程55-57
• 5.4 交互仿真及載荷分析研究57-67
• 5.4.1 葉片載荷分析研究58-62
• 5.4.2 輪轂載荷分析研究62-65
• 5.4.3 塔架載荷分析研究65-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第6章 結(jié)論與展望68-70
• 6.1 結(jié)論68-69
• 6.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 作者簡介73-74
• 致謝74

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本文編號：1034668