基于前馈-反馈系统的风力机独立变桨距控制研究

摘要

为了提高发电效率，风力发电机组的单机功率不断增大，叶片直径也随之增加，这会造成风力机三张叶片气动载荷的不平衡性增加。而这种不平衡载荷会加剧叶片、传动系统以及塔架的振动，从而降低机组的使用寿命。独立变桨距控制技术不但能减小风力发电机组的不平衡载荷，而且能提高风力发电机组的稳定性。因此，本文以大型水平轴风力发电机组的独立变桨距控制技术为研究内容，并基于Bladed对提出的控制方法进行仿真验证。
　　首先，本文详细介绍了双馈异步风力发电机的数学模型和控制策略，并设计了风力发电机组的统一变桨距外部控制器，在此基础上对大型水平轴风力机的风速特性和气动载荷进行了计算与分析。
　　其次，根据风剪切与叶片方位角之间的关系，探索了一种基于方位角前馈的独立变桨距控制方法；并在对基于载荷反馈的独立变桨距控制方法分析的基础上，研究了基于方位角前馈－载荷反馈的独立变桨距控制方法，仿真结果表明：该方法能有效提高独立变桨距的控制效果。
　　再次，根据控制器和风力机线性化模型推导出独立变桨距控制系统模型，在独立变桨距控制中引入了增益调度的控制方法，设计了带增益调度的PID控制器；根据ECN微分方程尾流模型推导出叶片的滤波器模型，探讨了一种对动态入流效应的补偿算法。通过软件的仿真结果对比，提出的两种控制方法都能一定程度的改善风力机的载荷状况。
　　最后，总结了全文工作和成果，并指出了本文的不足以及今后有待进一步研究的工作。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外风力发电发展现状

1.3 风力发电机组桨距控制技术

1.4 论文的研究意义与主要内容

第二章 风力发电机组变速变桨距控制技术研究

2.1 双馈异步发电机组数学模型

2.2 双馈异步发电机组控制策略

2.3 风力发电机组变速变桨距控制系统设计与仿真

2.4 风力机气动载荷计算与分析

2.5 本章小结

第三章 基于方位角前馈－载荷反馈的独立变桨距控制研究

3.1 风力发电机组独立变桨距控制原理

3.2 基于载荷反馈的独立变桨距控制研究

3.3 基于方位角前馈的独立变桨距控制研究

3.4 基于方位角前馈－载荷反馈的独立变桨距控制研究

3.5 本章小结

第四章 考虑动态入流效应的独立变桨距非线性控制研究

4.1 独立变桨距非线性控制研究

4.2 考虑动态入流效应的独立变桨距控制研究

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

个人简介