2MW風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

【摘要】：隨著世界各國(guó)工業(yè)的迅猛發(fā)展,石油、天然氣、煤礦等天然能源日漸枯竭,新能源成為人們十分關(guān)注的領(lǐng)域。風(fēng)力發(fā)電作為新能源的一種,具有來源廣、無(wú)污染、全天候等優(yōu)點(diǎn)。兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)因其發(fā)電功率大而成為風(fēng)電行業(yè)的主流。本文針對(duì)2MW發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)。 首先,本文分析了風(fēng)電機(jī)組整機(jī)的組成及工作原理,利用PCCAD軟件設(shè)計(jì)出2MW雙饋型風(fēng)電機(jī)組整機(jī)主電路；分析了變槳系統(tǒng)的組成及各部分功用,設(shè)計(jì)出變槳系統(tǒng)的主電路。所設(shè)計(jì)的主電路系統(tǒng)能夠與風(fēng)電機(jī)組很好配合,滿足各種運(yùn)行工況的要求。 其次,根據(jù)變槳系統(tǒng)特性,分析了葉尖速比和槳距角等參數(shù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲取風(fēng)能的影響,對(duì)如何控制這些參數(shù)提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率、實(shí)現(xiàn)各種工況的最佳運(yùn)行作了深入研究,在此基礎(chǔ)上提出變槳系統(tǒng)的控制策略。 然后,針對(duì)2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,建立風(fēng)速模型、風(fēng)輪模型、傳動(dòng)系統(tǒng)模型等數(shù)學(xué)模型,根據(jù)數(shù)學(xué)模型和變槳控制策略,利用Matlab/Simulink軟件搭建2MW風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)控制模型進(jìn)行仿真。 最后,選用超級(jí)電容取代蓄電池作為變槳系統(tǒng)備用電源,對(duì)超級(jí)電容型號(hào)參數(shù)進(jìn)行選擇,并做超級(jí)電容模組自動(dòng)回槳和自放電試驗(yàn)。 通過對(duì)風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的研究,可得出結(jié)論：第一,變槳系統(tǒng)的仿真說明,所設(shè)計(jì)的變槳系統(tǒng)可以通過改變槳距角等變量將風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率控制在額定功率附近；第二,超級(jí)電容試驗(yàn)說明,超級(jí)電容取代蓄電池作為變槳系統(tǒng)備用電源是可行的,且電壓均衡效果良好。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 槳距角 變槳控制 超級(jí)電容 電壓均衡
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM315
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 論文選題背景和意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 國(guó)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.3 風(fēng)電機(jī)組功率控制調(diào)節(jié)方式15-17
• 1.3.1 定槳距被動(dòng)失速控制15-16
• 1.3.2 主動(dòng)變槳控制16
• 1.3.3 被動(dòng)變槳控制16
• 1.3.4 主動(dòng)失速控制16-17
• 1.4 本文主要內(nèi)容17-18
• 第2章 風(fēng)電機(jī)組整機(jī)和變槳系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)18-32
• 2.1 風(fēng)電機(jī)組總體的基本組成18-23
• 2.1.1 葉片18-19
• 2.1.2 輪轂及變槳系統(tǒng)19-20
• 2.1.3 主軸、主軸承及聯(lián)軸器20
• 2.1.4 主齒輪箱20-21
• 2.1.5 發(fā)電機(jī)21-22
• 2.1.6 液壓制動(dòng)系統(tǒng)與偏航系統(tǒng)22-23
• 2.1.7 塔架及基礎(chǔ)23
• 2.2 整機(jī)主電路的設(shè)計(jì)23-28
• 2.3 變槳系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)28-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制理論32-39
• 3.1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)特性32-35
• 3.1.1 空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)32
• 3.1.2 風(fēng)能利用系數(shù)與貝茨理論32-34
• 3.1.3 葉尖速比與槳距角34
• 3.1.4 轉(zhuǎn)矩系數(shù)34-35
• 3.2 變槳系統(tǒng)控制理論與控制策略35-38
• 3.2.1 變槳系統(tǒng)控制的理論基礎(chǔ)35-36
• 3.2.2 變槳系統(tǒng)控制策略36-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 第4章 變槳系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)39-57
• 4.1 數(shù)學(xué)模型39-45
• 4.1.1 風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速模型39-40
• 4.1.2 風(fēng)輪模型40
• 4.1.3 風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)模型40-42
• 4.1.4 變槳控制部分線性化模型42-45
• 4.2 變槳系統(tǒng)控制方案的選定45-47
• 4.2.1 變槳系統(tǒng)控制過程45-46
• 4.2.2 PID控制器46-47
• 4.3 變槳系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析47-55
• 4.3.1 變槳系統(tǒng)的仿真模型47-52
• 4.3.2 仿真結(jié)果及分析52-55
• 4.4 本章小結(jié)55-57
• 第5章 變槳系統(tǒng)備用電源的應(yīng)用57-66
• 5.1 超級(jí)電容的特性57-60
• 5.1.1 超級(jí)電容的優(yōu)點(diǎn)57-58
• 5.1.2 超級(jí)電容電壓均衡問題58-60
• 5.2 超級(jí)電容實(shí)驗(yàn)60-64
• 5.3 本章小結(jié)64-66
• 結(jié)論66-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-71

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