基于VxWorks的風電機組數(shù)據(jù)采集處理及控制系統(tǒng)研究

【摘要】：近年來,傳統(tǒng)能源的大量消耗造成了資源緊缺和環(huán)境污染等問題。為了滿足人類日益增長的能源需求,并減少對環(huán)境的破壞,可再生能源的研究和應用得到了飛速發(fā)展。其中,風能由于成本低廉、儲量巨大等優(yōu)點,在新能源中發(fā)展較快也更為成熟。然而,逐年增長的裝機量和不斷增大的單機容量對風力發(fā)電機的控制系統(tǒng)提出了更高的挑戰(zhàn)。 本文提出了一種基于V xWorks嵌入式系統(tǒng)的風電機組數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)設計方案；應用新型的爬山算法和魯棒自適應控制算法,完成風電機組最大功率槳距角優(yōu)化跟蹤控制；并在VxWorks系統(tǒng)下進行了設計實現(xiàn)。本文的主要內(nèi)容如下： (1)介紹了國內(nèi)外風電發(fā)展現(xiàn)狀,概述了風電機組的組成和運行原理,明確了風電機組數(shù)據(jù)采集處理及控制系統(tǒng)的功能需求,并提出了總體設計方案。 (2)研究了風電機組數(shù)據(jù)采集處理及控制系統(tǒng)的硬件設計方案,設計了以MCF54455為主控制芯片的核心控制板,并詳細描述了其硬件結(jié)構(gòu)和基本電路；給出了風機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的電路設計方案；介紹了風電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的組成。 (3)圍繞風力發(fā)電最大功率點跟蹤控制原理,提出了一種新型爬山控制算法用于計算并更新最優(yōu)功率曲線的斜率kopt值,并設計了魯棒自適應控制器實現(xiàn)對風機理想轉(zhuǎn)速的跟蹤；最后在VxWorks環(huán)境下編寫應用程序用于實現(xiàn)上述算法,并用C#設計了用戶顯示界面,驗證了新型爬山算法的可行性和魯棒自適應控制器在跟蹤理想轉(zhuǎn)速的有效性。 【關鍵詞】：風力發(fā)電機組 控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集處理 最大功率點跟蹤 魯棒自適應控制
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM315;TP274;TP273
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 目錄8-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外風電發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 風力發(fā)電的國際現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 風力發(fā)電的國內(nèi)現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文研究內(nèi)容14-16
• 2 風電機組的運行原理16-26
• 2.1 風力發(fā)電的理論基礎16-20
• 2.1.1 風力發(fā)電機的構(gòu)成17-18
• 2.1.2 變速風力發(fā)電機的運行狀態(tài)18-20
• 2.2 風力發(fā)電的空氣動力學原理20-23
• 2.2.1 空氣動力學原理20-21
• 2.2.2 風能的計算21-23
• 2.3 最大風能跟蹤原理23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 風電機組數(shù)據(jù)采集處理及控制系統(tǒng)的硬件設計方案26-39
• 3.1 風電機組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)26-27
• 3.2 控制器選擇及基本電路27-31
• 3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路設計31-36
• 3.3.1 風電機組采集信號傳感器32-34
• 3.3.2 信號調(diào)理電路設計34
• 3.3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路34-35
• 3.3.4 系統(tǒng)輸出電路35-36
• 3.4 監(jiān)控系統(tǒng)組成36-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 4 風電機組數(shù)據(jù)采集處理及控制系統(tǒng)的算法及實現(xiàn)39-60
• 4.1 系統(tǒng)軟件功能設計39-40
• 4.2 新型爬山算法研究40-46
• 4.2.1 新型爬山算法40-41
• 4.2.2 風機系數(shù)41-43
• 4.2.3 新型爬山算法設計43-46
• 4.3 最大功率槳距角優(yōu)化跟蹤控制研究46-50
• 4.3.1 風機模型46-47
• 4.3.2 控制器設計47-48
• 4.3.3 魯棒自適應跟蹤控制48-50
• 4.4 基于VxWorks的軟件設計與實現(xiàn)50-55
• 4.4.1 VxWorks系統(tǒng)框架50-51
• 4.4.2 VxWorks啟動流程51-53
• 4.4.3 應用程序設計流程53-55
• 4.5 實驗結(jié)果及分析55-58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 5 總結(jié)與展望60-62
• 5.1 總結(jié)60
• 5.2 展望60-62
• 參考文獻62-65
• 圖索引65-67
• 作者簡歷67-69
• 學位論文數(shù)據(jù)集69

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