風(fēng)電機組獨立變槳距控制技術(shù)研究

【摘要】：為應(yīng)對能源危機和氣候變化帶來的巨大挑戰(zhàn)，我國大力發(fā)展可再生能源。風(fēng)能具有低廉的開發(fā)成本，對環(huán)境無污染，取之不盡用之不竭，正引領(lǐng)著全社會對可再生能源進行開采和利用，成為目前最具規(guī)模和應(yīng)用價值的可再生新能源之一。控制技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵，而獨立變槳距在減小機組疲勞應(yīng)力和提高電能質(zhì)量上效果顯著，因此，開展獨立變槳距控制研究對風(fēng)電國產(chǎn)化的實現(xiàn)具有重要的理論價值和實際意義。 首先，通過對空氣動力學(xué)特性和變槳距原理以及湍流、風(fēng)切效應(yīng)和塔影效應(yīng)對風(fēng)電機組產(chǎn)生影響的相關(guān)分析，用分析建模和實驗數(shù)據(jù)驗證相結(jié)合的方法，建立了復(fù)雜、多變、非線性、強耦合的風(fēng)電機組控制系統(tǒng)模型，用以描述整機的動態(tài)行為，此模型具有通用性且適用于控制目的，并利用坐標變換建立了風(fēng)電機組線性時不變模型，為后續(xù)章節(jié)獨立變槳距控制的研究奠定基礎(chǔ)。 其次，針對統(tǒng)一變槳距控制中槳葉受力不均、載荷波動較大的問題，本課題從權(quán)系數(shù)和載荷反饋的角度入手，研究了基于槳葉方位角權(quán)系數(shù)和基于載荷反饋的獨立變槳距控制策略，用粒子群對PID控制器參數(shù)進行優(yōu)化，并在MATLAB中進行仿真驗證，結(jié)果表明兩種獨立變槳距控制策略相對統(tǒng)一變槳距，在穩(wěn)定機組輸出功率和減小機組不平衡載荷方面效果顯著。并通過對比分析，基于載荷反饋的獨立變槳距控制策略有更強應(yīng)對外界不斷變化風(fēng)速的能力，在控制效果上優(yōu)于方位角權(quán)系數(shù)獨立變槳距控制策略，而后者成本較低且易于實現(xiàn)，更容易在實際的工程應(yīng)用領(lǐng)域得到推廣。 再次，支持向量機控制算法可自動設(shè)計模型復(fù)雜度，具有很強的學(xué)習(xí)能力和泛化特性，將支持向量機和權(quán)系數(shù)相結(jié)合，本文提出了基于支持向量機權(quán)系數(shù)的獨立變槳距控制策略。風(fēng)力機非線性系統(tǒng)辨識可通過支持向量回歸完成，利用增量算法和減量算法實現(xiàn)在線支持向量機權(quán)系數(shù)獨立變槳距控制，使控制器利用在線學(xué)習(xí)機制對系統(tǒng)模型參數(shù)進行實時校正，微調(diào)各個槳葉權(quán)系數(shù)。仿真結(jié)果表明，風(fēng)輪可以在變化的風(fēng)速中獲取最大能量并能有效改善控制器切換時引起的功率暫態(tài)響應(yīng)，具有很好的實時性和魯棒性。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)電機組 獨立變槳距 權(quán)系數(shù) 載荷反饋 支持向量機
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM315;TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 研究的背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外風(fēng)電研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外風(fēng)電發(fā)展概述10-11
• 1.2.2 國內(nèi)風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 變槳距控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3.1 變槳距控制策略研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.2 獨立變槳距控制綜述14-15
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 風(fēng)電機組獨立變槳距控制基本原理16-32
• 2.1 空氣動力學(xué)理論16-20
• 2.1.1 葉素理論16-17
• 2.1.2 風(fēng)能計算17
• 2.1.3 貝茲理論和風(fēng)能利用系數(shù)17-20
• 2.2 風(fēng)速變化對輪轂的影響20-21
• 2.2.1 風(fēng)切變效應(yīng)20-21
• 2.2.2 塔影效應(yīng)21
• 2.3 槳距角調(diào)節(jié)原理21-22
• 2.4 變槳距風(fēng)電機組建模22-27
• 2.4.1 風(fēng)速模型22-24
• 2.4.2 風(fēng)力機模型24-25
• 2.4.3 傳動系統(tǒng)模型25-26
• 2.4.4 發(fā)電機模型26-27
• 2.4.5 變槳距執(zhí)行機構(gòu)模型27
• 2.5 獨立變槳控制系統(tǒng)建模27-31
• 2.5.1 風(fēng)電機組時變模型27-29
• 2.5.2 坐標變換29-30
• 2.5.3 風(fēng)電機組時不變模型30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第三章 風(fēng)電機組獨立變槳距控制32-49
• 3.1 風(fēng)電機組載荷32-33
• 3.2 獨立變槳距控制策略33
• 3.3 基于權(quán)系數(shù)獨立變槳距控制策略33-40
• 3.3.1 基于加速度權(quán)系數(shù)獨立變槳距控制器設(shè)計33-35
• 3.3.2 基于方位角權(quán)系數(shù)獨立變槳距控制器設(shè)計35-36
• 3.3.3 方位角分段權(quán)系數(shù)獨立變槳距控制36-38
• 3.3.4 仿真結(jié)果與分析38-40
• 3.4 基于載荷反饋獨立變槳距控制策略40-47
• 3.4.1 基于載荷反饋獨立變槳距控制器設(shè)計41-43
• 3.4.2 風(fēng)輪參數(shù)計算43-44
• 3.4.3 仿真結(jié)果與分析44-47
• 3.5 兩種控制策略比較47-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第四章 基于 SVM 權(quán)系數(shù)獨立變槳距優(yōu)化控制49-64
• 4.1 SVM 概述49
• 4.2 SVM 回歸49-53
• 4.2.1 SVM 回歸原理50-52
• 4.2.2 核函數(shù)52-53
• 4.2.3 選擇模型參數(shù)53
• 4.3 SVM 在線訓(xùn)練及算法實現(xiàn)53-55
• 4.4 基于 SVM 權(quán)系數(shù)獨立變槳距控制55-59
• 4.4.1 權(quán)系數(shù)獨立變槳距55-56
• 4.4.2 基于 SVM 權(quán)系數(shù)獨立變槳距控制策略56-57
• 4.4.3 在線 SVM 權(quán)系數(shù)控制器實現(xiàn)算法57-58
• 4.4.4 在線訓(xùn)練數(shù)據(jù)的參數(shù)選取58-59
• 4.5 仿真結(jié)果與分析59-63
• 4.6 本章小結(jié)63-64
• 第五章 總結(jié)與展望64-66
• 5.1 總結(jié)64
• 5.2 展望64-66
• 參考文獻66-70
• 攻讀學(xué)位期間主要研究成果70-71
• 致謝71

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