前端調(diào)速式風(fēng)電機組變槳變矩優(yōu)化控制研究

【摘要】：前端調(diào)速式風(fēng)電機組采用同步發(fā)電機發(fā)電,采用液力變矩調(diào)速技術(shù)在發(fā)電機前端進行調(diào)速,具有低電壓穿越能力強、無功輸出能力強,電能品質(zhì)好,可靠性高等特點。前端調(diào)速式風(fēng)電機組將逐漸成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展所采用的主流機型,對該新型風(fēng)電機組液力變矩調(diào)速控制、變槳功率控制、變槳變矩優(yōu)化控制等相關(guān)內(nèi)容進行分析和研究,對于促進我國風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。論文以前端調(diào)速式風(fēng)電機組為研究對象,首先對機組的運行理論進行分析與闡述,對機組的結(jié)構(gòu)組成與工作原理進行了分析,對導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器進行了分析,對風(fēng)電機組各組成部分進行結(jié)構(gòu)分析與數(shù)學(xué)計算,建立了前端調(diào)速式風(fēng)電機組的數(shù)學(xué)模型。其次,對前端調(diào)速式機組變槳控制理論進行了分析與闡述,在對風(fēng)輪空氣動力學(xué)特性分析基礎(chǔ)上,對額定風(fēng)速以下最大風(fēng)能捕獲理論與額定風(fēng)速以上功率限制理論進行分析與說明。針對額定風(fēng)速以上前端調(diào)速式風(fēng)電機組有功功率控制問題,設(shè)計基于遺傳算法的有功功率控制器,通過搭建控制系統(tǒng)仿真模型進行仿真與分析,仿真結(jié)果表明所設(shè)計的控制器有效實現(xiàn)了機組恒功率輸出的控制目標(biāo)。再次,對前端調(diào)速式機組液力變矩調(diào)速控制理論進行分析與闡述,對液力變矩調(diào)速系統(tǒng)變風(fēng)速輸入恒轉(zhuǎn)速輸出的調(diào)節(jié)過程進行分析與說明。根據(jù)導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器的工作原理與調(diào)速特性,設(shè)計基于雙模參數(shù)自調(diào)整的模糊控制器,建立液力變矩調(diào)速系統(tǒng)仿真模型進行仿真與分析,仿真結(jié)果表明液力變矩調(diào)速系統(tǒng)的渦輪輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在其額定轉(zhuǎn)速附近,針對液力變矩器的導(dǎo)葉控制效果明顯。最后,針對額定風(fēng)速以上工況下前端調(diào)速式風(fēng)電機組功率優(yōu)化控制問題,提出一種基于差分進化算法的變槳變矩優(yōu)化控制策略。以液力變矩調(diào)速系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速恒定、風(fēng)電機組輸出功率平滑性最優(yōu)為控制目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù),采用差分進化算法,對機組兩個控制參數(shù)槳距角與導(dǎo)葉開度角進行優(yōu)化,風(fēng)電機組的變槳系統(tǒng)與液力變矩調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)化后的參數(shù)進行變槳控制與變矩控制。以2MW前端調(diào)速式風(fēng)電機組為對象進行控制策略驗證分析,仿真結(jié)果表明根據(jù)所提出的優(yōu)化控制策略對風(fēng)電機組進行功率控制,平滑了機組的輸出功率,減小了功率波動,獲得了較好的控制效果,驗證了控制策略的可行性。 【關(guān)鍵詞】：前端調(diào)速風(fēng)電機組 功率控制 變矩系統(tǒng) 優(yōu)化控制 仿真分析
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 論文的研究背景和研究意義9-10
• 1.1.1 論文的研究背景9
• 1.1.2 論文的研究意義9-10
• 1.2 論文的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容12-14
• 2 前端調(diào)速式風(fēng)電機組14-25
• 2.1 前端調(diào)速式風(fēng)電機組運行理論14-15
• 2.2 液力變矩調(diào)速系統(tǒng)15-17
• 2.3 前端調(diào)速式風(fēng)電機組數(shù)學(xué)模型17-23
• 2.3.1 風(fēng)輪空氣動力學(xué)模型17-18
• 2.3.2 傳動鏈動力學(xué)模型18-21
• 2.3.3 無刷電勵磁同步發(fā)電機模型21-23
• 2.4 前端調(diào)速式風(fēng)電機組控制結(jié)構(gòu)23-24
• 2.5 小結(jié)24-25
• 3 液力變矩調(diào)速控制25-31
• 3.1 液力變矩調(diào)速原理25
• 3.2 基于雙模參數(shù)自調(diào)整的調(diào)速控制25-27
• 3.2.1 雙模控制25-26
• 3.2.2 參數(shù)自調(diào)整26-27
• 3.3 仿真與分析27-30
• 3.4 小結(jié)30-31
• 4 前端調(diào)速式風(fēng)電機組有功功率控制31-37
• 4.1 有功功率控制結(jié)構(gòu)31
• 4.2 基于遺傳算法的變槳控制31-34
• 4.2.1 模糊PID控制器32
• 4.2.2 模糊規(guī)則優(yōu)化32-34
• 4.3 仿真與分析34-36
• 4.4 小結(jié)36-37
• 5 前端調(diào)速式風(fēng)電機組變槳變矩優(yōu)化控制37-47
• 5.1 差分進化算法理論37-39
• 5.1.1 差分進化算法流程37-38
• 5.1.2 改進差分進化算法38-39
• 5.2 變槳變矩優(yōu)化控制39-42
• 5.2.1 控制策略39-40
• 5.2.2 目標(biāo)函數(shù)40-41
• 5.2.3 約束條件41-42
• 5.3 仿真與分析42-46
• 5.4 小結(jié)46-47
• 結(jié)論47-48
• 致謝48-49
• 參考文獻49-52
• 攻讀學(xué)位期間研究成果52

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