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风力发电机组变桨距控制系统及其伺服单元的研究

作　者: 朱波
导　师: 张兴
学　校: 合肥工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 风力发电机组 变桨距控制 电动变桨距 伺服
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 149次
引　用: 1次
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内容摘要


随着世界范围内工业化和城市化程度的不断提高,能源和环境问题已经成为当今人类生存和发展所要解决的迫切问题。作为可再生能源的风能正在成为最有发展前途的能源之一。一方面,由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性的特点,因而风力发电机组的输出功率波动很大。另一方面,因为风轮直径随着风力发电机组容量的不断增大而增大,加剧了海拔、风剪切和湍流等因素造成风轮桨叶受力不平衡的程度。变桨距控制技术能够有效的改善以上两方面问题,因而其正在被广泛应用,通过对控制技术的研究可以提高风力发电机组的安全性和输出电能的质量,提高整个系统的稳定性。论文首先分析了风力机的空气动力学特性,在此基础上设计了风力发电机组在不同风速段下的控制策略,建立了风力发电机组的风速、风轮、传动系统和变桨距执行机构的数学模型。随后,设计了基于PID控制的变桨距控制器。仿真结果表明当风速高于额定风速时,通过变桨距控制器的工作,可以将风力发电机组的输出功率限定在额定功率附近。最后,阐述了电动变桨距伺服系统的结构,建立了永磁同步电机的数学模型并对其控制策略进行了研究,进而对电动变桨距伺服系统带负载运行进行了仿真,仿真结果表明该伺服系统具有良好的跟踪性能。在现有条件下,设计了电动变桨距伺服系统的软、硬件。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 选题的背景和意义  12
  1.2 国内外风力发电发展的现状  12-14
    1.2.1 国外风力发电发展的现状  12-13
    1.2.2 国内风力发电发展的现状  13-14
  1.3 风力发电机组的功率调节方式  14-16
    1.3.1 定桨距失速调节方式  14-15
    1.3.2 变桨距调节方式  15-16
    1.3.3 主动失速调节方式  16
  1.4 风电机组变桨距控制策略的概述  16-18
  1.5 本文研究的主要内容  18-20
第二章 风力发电机组的控制理论  20-30
  2.1 风力机的空气动力学特性  20-25
    2.1.1 风能的计算  20
    2.1.2 叶素特性分析  20-21
    2.1.3 贝兹理论与风力机的特性系数  21-23
    2.1.4 风电机组输出功率特性的分析  23-24
    2.1.5 风电机组转矩-速度特性的分析  24-25
  2.2 风力发电机组的变桨距控制策略  25-28
    2.2.1 变桨距风力发电机组的运行区域  25-26
    2.2.2 额定风速以下的变桨距控制策略  26-27
    2.2.3 额定风速以上的变桨距控制策略  27-28
  2.3 风电机组变桨距控制技术的分类  28-29
    2.3.1 统一变桨距控制方式  28
    2.3.2 独立变桨距控制方式  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 风力发电机组变桨距控制器的设计  30-42
  3.1 变桨距风力发电机组的建模  30-34
    3.1.1 风力发电机组的组成  30-31
    3.1.2 风速模型  31-32
    3.1.3 风力机的气动力学模型  32-33
    3.1.4 传动系统的模型  33
    3.1.5 变桨距执行机构的模型  33-34
  3.2 变桨距控制器的设计  34-38
  3.3 变桨距控制器的仿真研究  38-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 电动变桨距伺服系统的研究  42-55
  4.1 电动变桨距伺服系统的概述  42-43
  4.2 电动变桨距伺服系统的控制  43-48
    4.2.1 伺服电机的选择  43
    4.2.2 永磁同步电机的建模  43-46
    4.2.3 永磁同步电机的矢量控制  46-47
    4.2.4 逆变器的模型  47-48
  4.3 电动变桨距伺服系统的设计  48-52
    4.3.1 电动变桨距伺服系统的硬件设计  48-51
    4.3.2 电动变桨距伺服系统的软件设计  51-52
  4.4 电动变桨距伺服系统的仿真  52-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章 总结与展望  55-56
参考文献  56-60
攻读硕士学位期间发表的论文  60-61

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电 > 风能发电
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