变速变桨距风电系统建模与智能控制技术研究

【摘要】：当今世界，能源消耗日益增长，环境污染日渐严重，人们更加关注新能源的开发利用。风能作为可再生的绿色能源，受到世界各国普遍重视，风力发电技术也成为学者们竞相研究的热点。变速变桨距控制是当今大型风力机发展的重要技术之一，本文从建模到控制系统设计及仿真、从经典控制方法到智能控制器设计，从传统的二值开关逻辑到智能的模态切换算法，对变速变桨距风力发电系统进行了深入的研究。 本文首先从变桨距风力机的空气动力学切入，依据空气动力学知识，建立变桨距风力机模型和风速模型并验证模型的正确性和合理性；根据风力发电机的控制要求，提出在低于额定风速时，通过控制发电机转矩实现跟踪最佳功率曲线的基本策略，在高于额定风速时通过控制桨距角限制风能的转换，配合发电机转矩控制使输出功率稳定在额定功率附近，分别设计高于额定风速以上和低于额定风速以下的PID控制器，并针对两种状态进行PID控制系统的仿真验证。 其次，针对变桨距风力机具有较强的非线性，采用传统的PID控制效果并不十分理想的特征，将智能控制技术应用于风力发电机组的变速变桨控制，设计智能鲁棒控制器，使控制性能更加稳定，与经典PID控制进行对比研究，并借助Simulink进行仿真、验证控制方法的正确性及有效性。 再次，由于风速变化的随机性，风力发电机组的两个不同控制器之间的模态转换、过渡阶段尤为重要，甚至影响到整个风机的发电量、发电质量以及疲劳载荷等性能，因此将过渡环节作为控制器优化设计的重点，目标是既要兼顾两段式控制器的良好性能，又要保证平稳的过渡段频繁的切换。 最后，结合所设计的切换算法及变桨距控制器对风力发电机组的控制效果进行了系统的综合设计及仿真验证。在此前提下设计了模糊-PI双模切换变桨距控制器，提供了可供参考的仿真分析结果，验证了控制系统设计的有效性和合理性。 【关键词】：风力发电 变桨距 自适应 模糊控制 滑模变结构
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外技术现状及发展趋势14-17
• 1.3 论文章节安排17-19
• 第二章 变速变桨距风电系统建模与分析19-29
• 2.1 风力发电机组基础理论19-22
• 2.1.1 风力发电机组的分类19-20
• 2.1.2 风力机的能量转换原理20
• 2.1.3 风力机空气动力学20-22
• 2.1.4 风力机的特性系数22
• 2.2 变速变桨距风力发电机组建模22-28
• 2.2.1 风速模型22-26
• 2.2.2 风轮模型26-27
• 2.2.3 传动链模型27-28
• 2.2.4 变速发电机模型28
• 2.2.5 变桨距执行机构模型28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 变桨距控制算法设计29-41
• 3.1 变桨距控制策略分析29-31
• 3.1.1 稳态功率曲线29
• 3.1.2 最大风能捕获状态29-31
• 3.1.3 稳定额定功率输出状态31
• 3.2 基于 PID 算法的变桨距控制31-34
• 3.2.1 PI 控制器设计31-32
• 3.2.2 变桨距 PID 控制系统仿真32-34
• 3.3 自适应模糊变桨距控制器34-35
• 3.3.1 参数自适应模糊控制器的提出34-35
• 3.3.2 控制器结构及控制流程图35
• 3.4 参数自适应模糊控制器设计35-39
• 3.4.1 模糊控制规则设计35-37
• 3.4.2 参数自适应模糊控制器结构37
• 3.4.3 模糊控制器的参数选择及对控制特性的影响37-38
• 3.4.4 参数自适应模糊控制器仿真38-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 模态转换过渡阶段优化设计41-58
• 4.1 滞环模型切换41-43
• 4.1.1 滞环切换结构及仿真41-42
• 4.1.2 滞环切换优化设计42-43
• 4.2 惯性环节切换控制律43-45
• 4.2.1 惯性环节切换设计43-44
• 4.2.2 惯性环节切换控制律仿真验证44-45
• 4.3 基于 T-S 型模糊加权的切换算法45-53
• 4.3.1 模糊逻辑控制概述45-46
• 4.3.2 T-S 型模糊推理系统46-47
• 4.3.3 T-S 型模糊加权切换算法设计47-50
• 4.3.4 T-S 型模糊加权切换算法仿真50-53
• 4.4 基于滑模变结构控制的切换算法53-57
• 4.4.1 滑模变结构控制基本原理53-54
• 4.4.2 滑模变结构控制策略设计54-56
• 4.4.3 滑模变结构控制仿真56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 变速变桨距风力发电系统综合设计及仿真58-65
• 5.1 系统仿真模型58
• 5.2 基于滑模切换的自适应模糊变桨距控制系统设计及仿真58-60
• 5.3 基于 T-S 切换的模糊-PI 双模变桨距控制系统设计及仿真60-64
• 5.3.1 模糊-PI 双模控制系统的提出与原理60-61
• 5.3.2 模糊控制器设计61-62
• 5.3.3 “软切换”环节设计62-63
• 5.3.4 基于 T-S 切换的双模变桨距控制系统仿真63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 工作总结65
• 6.2 后续研究工作展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 在学期间发表的学术论文71

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

滑模变结构控制在风力发电机组变桨控制中的应用    张雷;

风力机的MATLAB模型及其应用    张小芳,王爱龙,田俊梅

快速发展的中国风电(英文)    本刊编辑部

无尾飞机纵向控制律设计及转换瞬态研究    江琼;陈怀民;吴成富;穆杰;

基于自调整因子的模糊控制器的优化与仿真    张庆生,贾俊敏,苏祥定

变速变桨距风力发电机的模糊滑模变结构控制    王立军;贺俊;焦斌;

大型风力发电机组变桨距控制系统设计与仿真    王佳雯;龚华军;陈永;

风力发电机主要种类及应用技术浅析    刘晓林;

基于Sugeno模糊推理的静止无功补偿器多模态切换方法    唐酿;肖湘宁;陈众;

风力发电技术及其发展方向    王超;张怀宇;王辛慧;李天柱;

大型风力机变桨距控制技术研究    林勇刚

变速恒频双馈风力发电最大风能追踪研究    张薇

半导体激光器自动温度控制系统优化设计    吴仲;

江苏大丰风电场对鸟类的影响    孙靖;钱谊;许伟;袁媛;戴科伟;

淀粉生产线浓度BP神经网络控制器的设计与实现    许志军;张春飞;胡瑞华;

分布式风力发电开发对宁夏局部生态环境的影响研究    杨国华;鲍丽芳;韩世军;

基于RBF神经网络整定PID的PMLSM控制研究    曹文霞;汪永华;钱多德;

新型光纤传感用角度调谐Fabry-Perot滤波器    张俊;刘军荣;江山;印新达;

光伏模拟器的设计及仿真验证    杨文燮;胡仁杰;卢志伟;

模糊控制在结晶器液位控制中的应用    唐富杰;刘如平;杨虎;

基于RBF算法的前馈惯性稳定平台PID控制回路的设计    刘义;郭建都;郭黎霞;

基于PC104平台的数据实时采样和动态显示    朱松柏;樊鹏;

二自由度交流磁轴承参数自整定模糊PID控制器研究    王雷;朱熀秋;陈艳;

吊车-双摆系统的增量式滑模控制    董云云;王中华;冯志全;程金;

基于执行依赖启发式动态规划的三容水槽液位控制    宋绍剑;李劲芝;林小峰;

风力永磁同步发电机组的滑模控制    陈堂贤;谢波;杨孔;王仁明;

基于滑模控制的无轴单张纸输纸机同步控制    管力明;林剑;胡更生;

灰色模糊控制器在水泥粉磨系统中的仿真研究    王孝红;解海洋;景绍洪;袁铸钢;

自抗扰控制技术在变速恒频双馈风力发电系统中的应用    周雪松;李超;马幼捷;李季;于阳;

基于神经网络实现模糊PID控制器的二次建模    胡文金;李太福;苏盈盈;

Active Disturbance Rejection based Pitch Control of Variable Speed Wind Turbine    

中频感应炉模糊控制器的研究    甄鹏杰;

甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究    高晓阳

基于CMAC的多驱动系统协调控制    李鑫

波浪运动升沉补偿液压平台关键问题试验研究    曾智刚

大型风电机组变桨距控制策略研究    王哲

永磁式直驱风电机组控制技术研究    刘颖明

双馈风电机组模型预测控制研究    井艳军

永磁风力发电机分布式直流并网变流器的研究与实现    张洪阳

大型风电叶片结构设计方法研究    马志勇

双馈风力发电系统中双变流器优化联合控制    贾俊川

近海风机结构体系环境荷载及动力响应研究    陈小波

智能控制算法在倒立摆系统中的应用研究    檀庭跃

碘化锌溶液浓缩装置的设计    朱颀

多轴同步传动磨毛整理机控制技术研究    杨薇

基于蕴涵算子族的模糊逻辑理论    黄阿敏

兆瓦级风机变桨系统研究    李文博

基于在线聚类和最小二乘支持向量机的模糊建模方法研究    李光远

城市二次供水智能控制系统的研究与开发    孔祥伟

柴油机电液调速技术研究    田雨

船舶主机控制及损管监控系统的研究与设计    李宝祥

变形鳍在低航速下升力建模与控制策略研究    王思研

支持向量机增量学习算法研究    李凯,黄厚宽

关于我国发展风电的现状和预测    徐孝纯;

磁场定向交流励磁电机调速调功系统研究    赵荣祥,尹强,许大中

转子感应电势定向的双馈电机风力发电系统研究    邱瑞昌,姜学东,闫耀民,彭少贤

变速恒频风力发电机用交流励磁电源的研究    赵仁德,贺益康,黄科元,卞松江

用于无功静补系统的模糊-PID控制方法    曾光;苏彦民;柯敏倩;张静刚;

漫谈风力发电    刘晓林;

风力机的MATLAB模型及其应用    张小芳,王爱龙,田俊梅

300kW变速恒频风电机组交流励磁调节装置    马翀慧

基于滑模变结构控制的异步电机速度控制的应用研究    胡俊达;胡慧;邹文斌;叶卫;

大型风力机变桨距控制技术研究    林勇刚

大型变速变距风力发电机组的柔性协调控制技术研究    邢作霞

模糊自调整控制器的研究及应用    费春国

变化风场的建模与大展弦比无人机飞行仿真    俞玮

小型风力机叶片的设计    聂晶

兆瓦级变速恒频风电机组变速变桨距控制技术研究    马蕊;鄂春良;付勋波;许洪华;

变速恒频风力机桨叶电液比例控制系统研究    戴赟;王志新;朱亦帆;

自抗扰控制技术在风电变桨控制系统中的应用    郭峰;白焰;

基于神经网络的风力发电系统风速软测量    刘震;汪令祥;

兆瓦级同步风力发电机变桨距控制策略研究    张文苑;郑恩让;朱玉国;孟彦京;

大型风力发电机组变桨距控制技术研究    何玉林;刘军;杜静;李俊;

基于智能控制方法的风力发电系统的变桨距控制器    尹海培;唐桂忠;张广明;

基于AMESim的风力发电机组变桨距控制的实现    李小林;

滑模变结构控制在风力发电机组变桨控制中的应用    张雷;

PLC在大型风力机变桨距系统中的应用    张雷;鄂春良;李海东;

变桨距风力发电机组的PID控制器设计    张维新;郝雅楠;

风力发电机组的智能控制仿真研究    胡林静;席东民;王永兰;

风力发电机组的桨距角滑模变结构控制    杨锡运;刘欣然;

基于神经网络的变速恒频风机变桨距控制    刘青松;岳晋萍;

风力发电机组风轮叶片材料的使用方向    

风力发电机组整体运行效率的评估研究    马宁;翟庆志;仝超;王国成;

水平轴风力发电机组通用动力学建模研究    刘桦;邓良;廖晖;

对风力发电机组并网技术问题的探讨    陈艳;

风力发电机组火灾危险性及防范措施研究    杨旭坤;

叶轮和机舱对风力发电机组动力特性及地震反应谱响应的影响分析    祝磊;姚小芹;

风电装备“吹”出大产业    本报记者 姚学文　通讯员 任彬彬

风力发电机组控制系统关键技术获突破    

新能源面临两大困局普及亟待政策统筹    英莲

湘电集团：携关键技术乘“风”而上    本报记者 冯济武

发电集团“风驰电掣”    记者 马钦麟　实习生 杨珍

中石油首台兆瓦级风力发电机组在“辽河”下线    首席记者 吕红丽

东汽第1000台风电机组下线    本报记者 李联慧

中国国电集团总经理朱永芃来连考察    通讯员 严维新 吉志强 记者 贺耀堂

北车风电首台风力发电机组下线    记者 庄云锋

破解风电防雷的“紧箍咒”    本报记者 高琳　潘继鹏

海上风电机组系统动力学建模及仿真分析研究    王磊

风力发电机组动力模型及循环变桨控制策略研究    卢奭瑄

大型风电机组变桨距控制策略研究    王哲

大型风力发电机组独立变桨距控制策略研究    张纯明

风力发电机组控制策略优化与实验平台研究    刘军

大型风电机组整机及关键部件仿真分析与优化设计研究    李俊

兆瓦级风力发电机组变桨距系统控制技术研究    郭洪澈

水平轴风力发电机组风轮叶片优化设计研究    徐宝清

风力发电机组振动检测及噪声评估研究    吴宏钢

变速定桨风力发电系统控制技术研究    陈杰

变速变桨距风力发电机组的滑模变结构控制技术研究    王立军

风力发电机组变桨距控制系统及其伺服单元的研究    朱波

风力发电机组的变桨距控制研究    李琴

1.5MW风力发电机组液控技术研究    孙勇

兆瓦级变浆距风力发电机组智能控制系统的研究    赵阳

风力发电机组电动变桨距控制系统的设计    李永伟

变速恒频风力发电机组的运行控制与仿真研究    万荣娅

风力发电机组综合优化选型方法研究    刘瑞轩

自抗扰控制技术在风电变桨控制系统中的应用    郭峰

含风力发电机组的网络能量分布特征分析    刘苑红