变速变桨距风力发电机组模糊PID控制技术研究

摘要

能源危机是一场关系到全人类可持续发展的紧迫问题，当下能源问题直接影响着世界各国的国民经济发展和地区稳定。风能是一种可再生的清洁能源，风电机组是使用风能最主要最高效的设备。风电技术的研究和开发，正逐渐成为企业的重点项目之一。努力发展风电行业，有助于缓解能源危机，调整能源结构，改善生态环境。如今，因其在环保和能源问题上的积极意义，使之在世界范围内快速发展，并得到各国政府的高度重视。
　　目前，风力发电机组的单机容量从最初的几百千瓦的小型机，已经逐渐发展到兆瓦级大型风力发电机组，并在逐步投入商业市场。各种风电技术的发展方兴未艾，相比恒速风力发电机组，变速变桨距风力发电机组技术因为具有较高的效率和实用性，受到各国风电厂商的青睐。
　　在自然界，由于风具有随机性、风速不稳定和风向多变化等特点，风力发电系统是一种多变量的非线性系统，数学模型也无法精确建立。为提高机组的使用寿命和风能的利用效率，在世界范围内广泛开展着风电机组各项新技术的研究工作，大部分集中在变桨系统的控制、机组偏航控制、发电系统的控制和并网控制等方面。为了企业的需求——提高风电机组的输出效率，进一步实现风电机组的优化控制，本文展开了相关研究工作。
　　本文根据企业生产实际主要研究了变速变桨距风力发电机组的控制技术。在研究企业现有机型的基础上，与常规PID控制系统进行比较，对变速变桨距风力发电机组的模糊控制加以详细的分析与研究。在阐述模糊控制原理及其分类的基础上，设计出一种模糊PID控制系统，以使系统控制器既具备模糊控制的较强适应能力，又拥有PID控制的较高精度。本文将对该模糊PID控制系统进行MATLAB/Simulink/Bladed仿真实验，取得了较满意的成果，通过对仿真结果进行分析，表明采用模糊PID控制系统的机组输出更加平稳，控制响应更加及时，同时优化了变速变桨距风力发电机组的输出功率，提高了机组的输出效率，增强了企业竞争力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 国内外风力发电行业的发展与研究现状

1．2．1 国内外风电行业发展情况概述

1．2．2 世界风力发电技术研究现状

1．3 课题研究的意义

1．4 课题研究的内容及主要工作

第2章 大型风力发电机组的结构与功能

2．1 引言

2．2 风力发电机组的分类

2．2．1 按照风轮形式分类

2．2．2 按照有无齿轮箱式分类

2．3 大型变速变桨距风力发电机组的核心部件

2．3．1 变桨系统

2．3．2 发电系统

2．3．3 传动系统

2．3．4 制动系统

2．3．5 偏航系统

2．3．6 支撑系统

2．4 控制系统

2．5 本章小结

第3章 大型风力发电机组基本控制思想

3．1 引言

3．2 风力发电机组空气动力特性的研究

3．3 风力发电机组的控制调节方法

3．3．1 速度调节

3．3．2 功率调节

3．4 变速变桨距风力发电机组的总体控制思想

3．5 本章小结

第4章 风电机组建模及PID控制策略研究

4．1 风力发电机组的数学模型

4．1．1 风速模型

4．1．2 变桨机构及机械传动系统模型

4．1．3 发电机模型

4．2 传统PID控制系统概述

4．3 变速变桨距风力发电机组控制策略

4．4 传统PID控制系统的不足

4．5 本章小结

第5章 变速变桨距风力发电机组控制系统设计及仿真

5．1 引言

5．2 模糊控制理论概述

5．2．1 模糊控制器的构成原理

5．2．2 模糊控制器的设计方法

5．2．3 模糊控制的制约因素

5．3 模糊PID控制系统

5．3．1 控制系统方案的设计目标

5．3．2 系统参数整定方法和思路

5．4 基于PID控制系统的参数模糊自整定设计

5．5 变速变桨距风力发电机组模糊PID控制系统的仿真

5．5．1 机组模糊PID控制系统仿真建立与实验

5．5．2 系统仿真结果与分析

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢