液力变矩器在大型风电机组传动系统中的应用设计研究

摘要

针对由风载荷的随机性引起的风力发电机电压不稳定的问题，在深入分析了风电机组的组成和工作原理的基础上，依据液力变矩器的传动特性，设计了新型传动方案，即在风电机组传动系统中加入液力变矩器。对液力变矩器的输出转速进行控制，通过液力机械实现功率分流，使变化的输入转速经由传动系统后转变为稳定的输出转速，即输入到发电机的转速是稳定的，从而实现大功率风电机组产生平稳电压的目的。 本文着重于大型风电机组中液力变矩器的设计与控制研究。 根据风电机组传动特点和不同类型液力变矩器的特性，选择导叶可调式液力变矩器应用于风电机组传动系统中。为使液力变矩器与机械系统协调工作，通过传动系统实现风力机的变速恒频及整个传动系统具有较高的传动效率，对液力机械系统进行性能匹配分析。以某型号风电机组为研究对象，在性能匹配分析基础上，计算出专用液力变矩器循环圆部分的基本参数。根据液力变矩器在风电机组传动系统的连接特点，设计风电机组专用液力变矩器的结构。 通过对液力变矩器静态、动态特性的分析，建立其静态、动态数学模型。依据风电机组专用液力变矩器循环圆的基本参数，应用特性方程，采用MATLAB/Simulink软件对其进行仿真分析，由此验证模型建立的正确性以及液力变矩器应用在风电机组传动系统的合理性。 在分析了PID校正控制系统结构、控制原理、PID各参数对系统性能的影响以及PID校正控制存在的不足的基础上，本课题采用参数自整定模糊PID控制技术。阐述了基于参数自整定模糊PID控制系统的特征、结构、控制原理，提出了参数自整定模糊PID控制器的设计方案。 设计了参数自整定模糊PID控制器对液力变矩器进行控制。采用MATLAB/Simulink软件建立风电机组传动系统仿真框图。根据不同风速经过新型传动系统后得到的电机输入转速和功率，验证新型风电机组传动系统设计的合理性和正确性。 通过以上的设计计算和仿真分析，验证本文所设计的风电机组传动系统的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究背景

1.2研究现状综述

1.2.1风力发电机种类

1.2.2风电技术发展现状

1.2.3液力变矩器发展现状

1.3课题研究意义与目的

1.4课题的主要研究内容

2专用液力变矩器参数化设计研究

2.1行星齿轮机构设计[26，27]

2.1.1行星轮系简介

2.1.2行星轮系的设计

2.2传动系统性能匹配

2.2.1行星机构传动比计算

2.2.2液力变矩器传动比范围的确定

2.2.3传动系统功率流分析

2.2.4传动效率分析

2.3液力变矩器参数化设计

2.3.1液力变矩器的工作原理[29]

2.3.2导叶可调式液力变矩器

2.3.3专用液力变矩器的循环圆设计

2.3.4专用液力变矩器的结构设计

2.4液力机械机构设计[31-33]

2.5本章小结

3专用液力变矩器特性理论研究与应用

3.1导叶可调式液力变矩器静态数学模型的建立[34-36]

3.2可调导轮Ⅱ设计计算

3.2.1可调导轮Ⅱ几何参数计算

3.2.2导叶调节机构分析

3.3导叶可调式液力变矩器动态数学模型的建立

3.4专用液力变矩器动态特性计算

3.5专用液力变矩器动态仿真分析

3.5.1仿真框图的建立

3.5.2专用液力变矩器动态仿真分析

3.6本章小结

4风电机组传动系统控制仿真研究

4.1 PID控制简介

4.1.1 PID控制原理[40]

4.1.2数字PID控制算法原理

4.2参数自整定模糊PID控制

4.2.1参数自整定模糊PID控制原理

4.2.2模糊控制的特点

4.3液力控制系统设计计算

4.3.1行星轮系传动关系计算

4.3.2液力控制系统的组成

4.3.3液力控制系统设计

4.4风电机组传动系统的模糊PID控制应用分析

4.4.1 PID初始参数的整定[46-48]

4.4.2参数自整定模糊PID控制系统建立

4.4.3风电机组传动系统模糊PID控制仿真分析

4.5本章小结

5结论

致 谢

参考文献

附 录