風電機組傳動系統(tǒng)動態(tài)載荷控制策略研究

【摘要】：在風電機組總的裝機容量和單機容量不斷增加的形勢下,風輪直徑迅速增大,風切變、風湍流和傳動系統(tǒng)阻尼等因素的影響更加顯著。如何有效的減小風電機組尤其是傳動系統(tǒng)重要部件的動態(tài)載荷,是風力發(fā)電領域面對的一個難題。因此,本文在國家自然基金項目資助下研究了風電機組傳動系統(tǒng)的功率傳遞特性和載荷影響因素,通過發(fā)電機轉矩控制策略的研究抑制傳動系統(tǒng)轉矩波動,從而減小傳動系統(tǒng)載荷。在低風速工況下,分析了雙饋風電機組最大功率問題和傳動系統(tǒng)載荷問題,采用在線動態(tài)預測的方法作為參考,通過卡爾曼濾波和牛頓迭代法來預測風速,卡爾曼濾波器的輸入為發(fā)電機轉矩和風輪轉速,利用非線性控制(NC),通過及時跟蹤最優(yōu)轉矩,從而減小功率波動,提高輸出電能質量,減小傳動系統(tǒng)扭轉載荷。在高風速工況下,分析了風電機組傳動系統(tǒng)由于風速的隨機性和風電機組參數(shù)的不確定性引起的扭轉載荷等問題,利用卡爾曼濾波對風電機組傳動系統(tǒng)存在的非線性不確定因素補償,設計了基于模型預測控制(MPC)的轉矩波動抑制控制器,提高轉矩控制精度,減小等效在軸上的轉速差,減小齒輪箱等關鍵部位的扭轉載荷,進而延長機組使用壽命。為了驗證本文提出的控制策略,以雙饋風電機組為對象,在FAST/MATLAB軟件中對本文的控制策略和傳統(tǒng)的PI轉矩控制策略進行了仿真和對比分析,結果表明所提控制策略對于減小風電機組傳動系統(tǒng)動態(tài)載荷具有有效性。 【關鍵詞】：風電機組 傳動系統(tǒng) 轉矩控制 預測控制
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-13
• 1.1 課題研究背景和意義8-10
• 1.1.1 課題研究背景8-9
• 1.1.2 課題研究意義9
• 1.1.3 課題來源9-10
• 1.2 風電機組傳動系統(tǒng)載荷分析及控制研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 本文主要內容11-13
• 第2章 風力發(fā)電理論與風電機組傳動系統(tǒng)建模13-29
• 2.1 Betz理論13-15
• 2.2 葉素動量（BEM）理論15-18
• 2.3 風電機組運行控制策略18-20
• 2.4 傳動系統(tǒng)模型分析20-25
• 2.4.1 傳動系統(tǒng)動力學模型20-22
• 2.4.2 傳動系統(tǒng)中非線性不確定因素分析22-25
• 2.5 傳動系統(tǒng)數(shù)學模型25-28
• 2.6 本章小結28-29
• 第3章 發(fā)電機轉矩的非線性控制29-39
• 3.1 卡爾曼濾波理論29-31
• 3.2 基于卡爾曼濾波的狀態(tài)估計31-33
• 3.3 基于風速預測的發(fā)電機轉矩的非線性控制33-35
• 3.4 案例仿真計算與結果分析35-38
• 3.5 本章小結38-39
• 第4章 基于模型預測控制的轉矩波動抑制控制39-50
• 4.1 預測控制理論39-44
• 4.2 基于預測控制的轉矩波動抑制控制器設計44-47
• 4.3 仿真分析47-49
• 4.4 本章小結49-50
• 第5章 結論50-51
• 參考文獻51-54
• 在學研究成果54-55
• 致謝55

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