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2MW风电机组变桨系统设计与研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 18:53:30
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2MW风电机组变桨系统设计与研究【摘要】:随着世界各国工业的迅猛发展,石油、天然气、煤矿等天然能源日渐枯竭,新能源成为人们十分关注的领域。风力发电作为新能源的一种,具有来源广、无污

【摘要】:随着世界各国工业的迅猛发展,石油、天然气、煤矿等天然能源日渐枯竭,新能源成为人们十分关注的领域。风力发电作为新能源的一种,具有来源广、无污染、全天候等优点。兆瓦级风力发电机因其发电功率大而成为风电行业的主流。本文针对2MW发电机组变桨系统进行设计与开发。 首先,本文分析了风电机组整机的组成及工作原理,利用PCCAD软件设计出2MW双馈型风电机组整机主电路;分析了变桨系统的组成及各部分功用,设计出变桨系统的主电路。所设计的主电路系统能够与风电机组很好配合,满足各种运行工况的要求。 其次,根据变桨系统特性,分析了叶尖速比和桨距角等参数对风力发电机获取风能的影响,对如何控制这些参数提高风力发电机的效率、实现各种工况的最佳运行作了深入研究,在此基础上提出变桨系统的控制策略。 然后,针对2MW风力发电机组,建立风速模型、风轮模型、传动系统模型等数学模型,根据数学模型和变桨控制策略,利用Matlab/Simulink软件搭建2MW风电机组变桨系统控制模型进行仿真。 最后,选用超级电容取代蓄电池作为变桨系统备用电源,对超级电容型号参数进行选择,并做超级电容模组自动回桨和自放电试验。 通过对风电机组变桨系统的研究,可得出结论:第一,变桨系统的仿真说明,所设计的变桨系统可以通过改变桨距角等变量将风力发电机功率控制在额定功率附近;第二,超级电容试验说明,超级电容取代蓄电池作为变桨系统备用电源是可行的,且电压均衡效果良好。 【关键词】:风力发电 桨距角 变桨控制 超级电容 电压均衡
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM315
【目录】:
  • 摘要6-7
  • Abstract7-11
  • 第1章 绪论11-18
  • 1.1 论文选题背景和意义11
  • 1.2 国内外风力发电发展现状11-15
  • 1.2.1 国外风力发电发展现状11-13
  • 1.2.2 国内风力发电发展现状13-15
  • 1.3 风电机组功率控制调节方式15-17
  • 1.3.1 定桨距被动失速控制15-16
  • 1.3.2 主动变桨控制16
  • 1.3.3 被动变桨控制16
  • 1.3.4 主动失速控制16-17
  • 1.4 本文主要内容17-18
  • 第2章 风电机组整机和变桨系统主电路的设计18-32
  • 2.1 风电机组总体的基本组成18-23
  • 2.1.1 叶片18-19
  • 2.1.2 轮毂及变桨系统19-20
  • 2.1.3 主轴、主轴承及联轴器20
  • 2.1.4 主齿轮箱20-21
  • 2.1.5 发电机21-22
  • 2.1.6 液压制动系统与偏航系统22-23
  • 2.1.7 塔架及基础23
  • 2.2 整机主电路的设计23-28
  • 2.3 变桨系统主电路的设计28-31
  • 2.4 本章小结31-32
  • 第3章 风力发电机组的控制理论32-39
  • 3.1 风力机空气动力学特性32-35
  • 3.1.1 空气动力学基础32
  • 3.1.2 风能利用系数与贝茨理论32-34
  • 3.1.3 叶尖速比与桨距角34
  • 3.1.4 转矩系数34-35
  • 3.2 变桨系统控制理论与控制策略35-38
  • 3.2.1 变桨系统控制的理论基础35-36
  • 3.2.2 变桨系统控制策略36-38
  • 3.3 本章小结38-39
  • 第4章 变桨系统控制器的设计39-57
  • 4.1 数学模型39-45
  • 4.1.1 风电机组风速模型39-40
  • 4.1.2 风轮模型40
  • 4.1.3 风力机传动系统模型40-42
  • 4.1.4 变桨控制部分线性化模型42-45
  • 4.2 变桨系统控制方案的选定45-47
  • 4.2.1 变桨系统控制过程45-46
  • 4.2.2 PID控制器46-47
  • 4.3 变桨系统仿真及结果分析47-55
  • 4.3.1 变桨系统的仿真模型47-52
  • 4.3.2 仿真结果及分析52-55
  • 4.4 本章小结55-57
  • 第5章 变桨系统备用电源的应用57-66
  • 5.1 超级电容的特性57-60
  • 5.1.1 超级电容的优点57-58
  • 5.1.2 超级电容电压均衡问题58-60
  • 5.2 超级电容实验60-64
  • 5.3 本章小结64-66
  • 结论66-68
  • 致谢68-69
  • 参考文献69-71


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