风力发电机组新型传动系统及变速变桨距控制策略优化

摘要

当环境能源成为如今人类生存发展所面临的紧要问题，风能因其无污染和可再生的特点得到了各国的普遍认可。风力发电机组正朝着大功率、高效率、高可靠性的方向发展，因此传动系统和控制系统的研究得到了广泛的关注。本文中新型传动系统是由行星轮系和液力变矩器构成的，对液力变矩器的输出转速进行控制，实现功率的分流，就能够实现风速的变速输入、恒速输出，解决了由于风载荷的随机性而引起的风力发电机电压变化的问题。变桨距控制系统可以实现风能的最大捕获、载荷的减小以及使用寿命的延长。风能的最大捕获和载荷的最小化是两个相互矛盾的要素，本文所研究的优化控制策略，在这两者之间达到平衡。本文研究的内容主要包括：
　　①在分析了传动系统及不同类型液力变矩器的特点后，本文采用导叶可调式液力变矩器，以实现传动系统的高效率，变速输入、恒速输出的特点。为了深入研究新型传动系统，在行星齿轮传动理论的基础上，运用流体力学能头理论建立新型传动系统的非线性动态数学模型。并提出了一种新的功率分配计算方法，使功率分流模型不只局限于静态条件下，考虑了实际运行中的风速变化等问题，所建立的功率分流模型更加准确，这样才能使新型传动系统更加符合整体匹配的原则。
　　②对风力发电机进行了空气动力学的研究，为风力发电机的桨距控制方法和策略优化奠定了理论基础。分析了风力发电机组常用控制策略，以此为基础，提出了一种综合性能的优化控制策略。该控制策略扩大了过渡区的范围，很好的解决了最大风能捕获和最小机械负荷之间的平衡问题。
　　③基于PID控制理论、模糊控制理论和单神经元网络理论的优点，结合各控制系统实际运用过程当中的特点，设计了应用于风电机组新型传动系统的自适应模糊 PID控制器，以及变速变桨距优化控制策略三种不同风速下的控制器平滑过渡方案。对于优化控制策略过渡区，使用了自学习、自适应能力较强的单神经元模糊控制器进行控制。
　　④应用MATLAB/SIMULINK建立了传动系统以及变桨距系统仿真的模型。仿真结果表明，自适应模糊控制器控制效果强于常规PID，变桨距控制系统的设计也获得了较好的控制效果。

目录

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 风力发电的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的意义和目的

1.4 主要研究内容

2 新型传动系统数学模型以及空气动力学模型的建立

2.1新型传动系统数学模型的建立

2.2 风力发电机空气动力学模型

2.3 小结

3 风力发电机的变速变桨距控制策略优化

3.1 引言

3.2 风力发电机控制系统

3.3 风力发电机组控制策略优化

3.4 变速变桨距风力发电机组控制策略优化

3.5 小结

4 风力发电机的控制系统设计

4.1 前言

4.2 新型传动系统的控制系统设计

4.3 变速变桨距控制系统设计

4.4 小结

5 基于MATLAB/Simulink的控制器仿真

5.1 前言

5.2 新型传动系统模糊PID控制器系统仿真

5.3 变速变桨距控制系统仿真

5.4 小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士期间发表的学术论文