风电机组变桨距实验平台数字物理混合设计及仿真

【摘要】： 作为一种新型的可再生能源,风力发电产业技术成熟、具有优越的经济性和巨大的市场吸引力,风力发电技术受到世界各国的高度关注。 为了实现对变桨距控制器控制规律及其执行机构的研究,通过数字物理混合设计的方法,搭建了风电机组变桨距综合仿真实验平台。在MATLAB/Simulink建立风力发电机组的数字模型,变桨距控制器硬件设计,实现风电机组变桨距控制系统与数字模型的联合仿真。在该平台基础上实现了变桨距控制器的各个功能特点,经过仿真实验得到了比较满意的控制效果,从而为我国在大型风电机组中变桨距控制系统国产化中的研发工作提供一些设计思路。 本文对风力发电变桨距控制器仿真实验系统进行了研究,主要工作包括以下几个方面: (1)提出了仿真实验系统的总体设计方案,包括总体方案原则、系统体系结构、硬软件组成、外部环境模拟、软硬件数据交换; (2)提出了系统硬件部分的设计与实现方案,主要包含变桨距控制系统、变桨距执行机构硬件设计与实现; (3)在MATLAB/Simulink中实现风况,风力机,发电机,电网等外部环境的模拟,针对风电场的不同应用,对变桨距控制算法进行了改进; (4)设计开发了风力发电变桨控制器仿真实验平台的嵌入式软件与上位机软件。 纯软件仿真的缺点是操作人员只了解仿真界面的操作,对真实的硬件设备无法认识和了解,随着风电技术的持续发展,电力系统对其各级人员技术素质的要求也不断提高,这种仿真模式的局限性愈发突出。本文突破了数字模型单一化仿真现状,结合物理实物,实现了风电机组变桨距控制仿真实验平台的数字物理混合设计,在设计变桨距控制算法时,结合了广域环境下的多项参数,就风电场极限功率和风电机组低电压穿越问题,对风电机组变桨距控制算法进行了改进,使其在保持原有控制特点的基础上,功能更加丰富。 【关键词】：风力发电 变桨距控制 低电压穿越 极限功率 协调控制
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景9-10
• 1.2 风电发展综述10-13
• 1.2.1 国内外风电研究现状10-12
• 1.2.2 风力发电的前景12-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第2章 变速恒频风力发电系统的基本理论15-23
• 2.1 风力发电系统15-20
• 2.1.1 风电机组的结构和组成15-16
• 2.1.2 风力发电的特点16
• 2.1.3 风速特性16-17
• 2.1.4 贝茨(Betz)理论17-19
• 2.1.5 空气动力学19-20
• 2.2 风力发电机组控制技术20-22
• 2.2.1 国内外风机控制技术研究概况20-21
• 2.2.2 变桨距控制21-22
• 2.2.3 变速恒频技术22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 风电场最大功率跟踪控制设计23-32
• 3.1 风电场有功功率23-25
• 3.1.1 基本要求23
• 3.1.2 风电场最大注入功率23-24
• 3.1.3 最大功率变化率24-25
• 3.2 并网风电场极限功率变桨距跟踪控制25-27
• 3.2.1 变桨距跟踪控制系统方案25-26
• 3.2.2 变桨距跟踪控制工作流程26-27
• 3.2.3 变桨距跟踪控制的基本策略27
• 3.3 BLADED 软件仿真27-31
• 3.3.1 模型参数设置28
• 3.3.2 速度控制28-30
• 3.3.3 仿真结果分析30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 变桨距实验平台数字物理混合设计实现32-48
• 4.1 数字物理混合设计思想32
• 4.2 变桨距控制器硬件32-33
• 4.3 变桨距控制软件设计33-37
• 4.3.1 风速和桨距角关系模块34
• 4.3.2 风速和变桨电机转速模块34-35
• 4.3.3 变桨电机转动方向模块35
• 4.3.4 变桨算法35-37
• 4.4 风电机组的数学模型37-38
• 4.5 数字物理混合设计的数据交换38-43
• 4.5.1 MATLAB 与VC++的混合编程38-39
• 4.5.2 数字物理混合设计实现39-43
• 4.6 变桨距仿真实验43-47
• 4.7 本章小结47-48
• 第5章 风电机组低电压穿越协调控制48-53
• 5.1 风电机组低电压穿越技术48-49
• 5.1.1 低电压穿越的基本概念48
• 5.1.2 我国风电低电压穿越标准48-49
• 5.2 低电压穿越协调控制策略49-52
• 5.2.1 系统架构49-50
• 5.2.2 协调控制流程50
• 5.2.3 变桨距控制模式50-51
• 5.2.4 具体实施案例51-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第6章 总结与展望53-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果58

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