风力机变桨距控制系统及其执行机构的研究

发布时间：2020-05-12 23:22

【摘要】： 随着世界各国对能源需求的持续增长，煤炭、石油等常规能源的逐渐枯竭，以及环境污染问题的日益严重，，人类越来越重视可再生能源的利用，作为绿色能源的风能，风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点。与发达国家相比，我国在风力机的大型化、变桨距控制、变速恒频等先进风电技术的研究方面还存在较大的差距。随着风力发电机单机容量的大型化，变桨距控制风力发电技术因其高效性和实用性正受到越来越多的重视。因此，开展对风力机变桨距控制系统及其执行机构的研究具有重要的意义。 本文以变桨距控制系统中控制器的研究为切入点，结合计算机仿真技术，对控制系统展开了研究。首先对风力机空气动力学和变桨距控制过程进行了探讨，为系统控制策略的研究提供理论基础，并通过控制系统的机理模型仿真，验证了理论的合理性。随后，考虑到风力机变桨距控制系统复杂、多变量、非线性和不确定的特点，传统的PID控制技术难以获得比较理想的效果以及智能控制技术(如模糊控制、神经网络等)在风力发电机组控制系统研究中的应用，提出了采用模糊控制和PID控制技术相结合的方式对系统进行控制。在研究过程中，设计了两种模糊PID控制器：模糊PID阈值控制器和参数模糊自调整PID控制器，并对两种模糊PID控制器进行了详细的设计与分析，通过控制系统辨识模型对控制器进行仿真验证。仿真结果表明，和采用单一的PID控制或模糊控制比较，上述两种控制器改善了系统的控制效果，说明采用该控制方式的可行性。 最后，针对现今开展风力机的机械部分相关研究很少的情况，对变桨距机构也进行相应的研究。本文引入虚拟样机技术，应用Pro／E软件建立变桨距机构的三维实体模型，利用Pro／E和ADAMS之间的无缝连接软件M／Pro，将机构模型导入ADAMS软件中，对该机构进行动态仿真与运动学分析，为风力机的机构优化设计提供一种可行的方法。
【图文】：

风力发电机组的样式虽然很多，但其原理和结构大同小异，主要由以下几部分组成:风轮、传动机构(主轴、增速箱等)、发电机、机座和塔架、调速器、调向器及制动器等，如下图2一1所示。图2一1风力发电机组结构图风轮一般由两至三个叶片和轮毅组成，轮毅是风轮的枢纽以及桨叶根部与传动轴的连接件，也是控制桨叶的桨距角所在。从桨叶传来的动力，通过轮毅传递到传动机构，再传到风力发电机上，将机械能转化为电能，最后并入电网。在很多情况下，风力机不论风速如何变化，转速总保持恒定或不超过某一限定值，为此采用了调速或限速装置。调速或限速装置从原理上来看分为三类:一类是使风轮偏离主风向，另一类是利用气动阻力，第三类是改变桨叶的桨距角。

图2一4变桨距风力机特性曲线由公式(2一13)和(2一14)，利用Matlab建立其数学模型，得变桨距风力机特性曲线(乓一兄)如上图2一4，从图中可归纳以下两点:(l)对于某一固定桨叶桨距角刀，存在唯一的风能利用系数最大值q~;(2)对于任意的尖速比兄，桨叶桨距角刀=0o下的风能利用系数q相对最大。随着桨叶桨距角刀的增大，风能利用系数q明显减小。以上两点为风力机变桨距控制提供了理论基础:在风速低于额定风速时，桨距角刀=0o，通过变速恒频装置，根据风速变化改变发电机转子转速使风能利用系数恒定在q~，捕获最大风能，并输出电能频率不变;在风速高于额定风速时
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK83

【引证文献】

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本文编号：2660989