风电机组电液比例变桨距系统设计及实验研究

摘要

随着世界各国能源需求的逐渐增加及环境污染的不断严重，人类目前迫切需要一种清洁、无污染并且可再生的新能源。风能产业在最近十年来得到了快速地进步，各国对风电的研究力度也在逐年加大。其中的一个研究热点就是风电机组工作时的运行策略，而风电机组目前主要的一个调节功率的方法就是变桨距调节。因此，本文对液压型变桨距方案开展了系统设计和实验研究。 首先，简述了风电产业的国内外研究现状，基于空气动力学理论对风机叶片性能和受力进行了分析，引出变桨距恒功率控制理论，然后使用Workbench中的CFX模块对叶片做了流固耦合分析。 其次，采用电液比例方法设计了变桨距液压系统的工作原理图，此系统具有操作简单、定位精确、抗承载的能力强等优势。接下来利用传递函数法对电液比例变桨距液压系统建模，之后又完成了加入PID的变桨距模型仿真，对其动态性能开展了分析。针对变桨距系统的非线性和多变量不确定性，完成了基于功率变化的模糊神经网络智能控制方案的设计。与常规的PID方法相比，可以更好地达到风力发电的要求，能够更好地适应工况条件，抗扰性更强。 最后，在AMESim环境下完成液压系统仿真分析。本文设计的变桨距系统实质上可以看作阀控缸模型。为了简化计算，运用AMESim把比例方向阀建立成HCD模型，并且搭建阀控缸回路完成建模仿真。针对仿真分析结果与实际测试结果的异同情况，修改配置参数以达到最理想的效果。然后搭建电液比例位置控制的阀控缸实验平台，开展了比例方向阀的静态性能测试和位置控制实验研究。实验说明，本文设计的变桨距液压方案能够在给定的工况条件下完成任务。

目录

声明

摘要

图清单

表清单

1．1课题研究背景

1．2风力发电发展现状

1．2．1国外风力发电发展现状

1．2．2国内风力发电发展现状

1．3变桨距控制技术简介

1．3．1功率调节方式

1．3．2变桨距驱动方式

1．4课题研究意义

1．5本文研究内容

第2章变桨距控制理论及叶片有限元分析

2．1空气动力学分析

2．1．1风能的计算

2．1．2贝茨理论简介

2．2变桨距控制理论

2．3叶片性能及其受力分析

2．3．1叶型以及参数

2．3．2叶片受力分析

2．4基于CFX的叶片流体分析

2．4．1流场分析

2．4．2静力分析

2．4．3模态分析

2．5本章小结

第3章电液比例变桨距系统设计及性能分析

3．1电液比例变桨距系统设计

3．1．1电液比例控制方法概述

3．1．2液压系统原理图

3．1．3控制过程分析

3．2液压系统负载分析及元件选型

3．2．1液压系统负载分析

3．2．2液压系统元件选型

3．3电液比例变桨距系统数学建模

3．3．1数学建模概述

3．3．2比例放大器的数学模型

3．3．3比例方向阀的数学模型

3．3．4顺桨过程系统的数学模型

3．3．5逆桨过程系统的数学模型

3．3．6位移传感器的数学模型

3．3．7系统主要参数的确定与计算

3．3．8系统传递函数的确定

3．4电液比例变桨距系统性能分析

3．4．1系统的稳定性分析

3．4．2系统的动态性能分析

3．5本章小结

第4章变桨距系统智能控制方法研究

4．1变桨距控制方法简介

4．2风力发电系统建模及仿真

4．2．1风速模型

4．2．2风能利用系数模型

4．2．3风轮模型

4．2．4变桨距执行机构模型

4．2．5异步发电机模型

4．2．6传动系统模型

4．2．7风力发电系统整体模型及仿真

4．3模糊神经网络控制理论

4．3．1模糊理论概述

4．3．2神经网络理论概述

4．4模糊神经网络控制器

4．4．1模糊神经网络控制器结构设计

4．4．2模糊神经网络的训练

4．4．3模糊神经网络控制器仿真

4．5本章小结

第5章变桨距液压系统仿真及实验研究

5．1基于AMESim的液压系统仿真分析

5．1．1 AMESim软件简介

5．1．2比例方向阀建模

5．1．3阀控缸电液比例位置仿真

5．2阀控缸电液比例位置实验系统的原理及组成

5．2．1实验系统的原理

5．2．2实验系统的组成

5．3比例方向阀静态性能测试与分析

5．3．1实验条件

5．3．2比例方向阀稳态流量特性测试

5．4阀控缸电液比例位置实验研究

5．5本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢