兆瓦級風電機組電動變槳距控制系統(tǒng)的研究與實現

【摘要】：隨著能源問題引起全社會的廣泛重視，以風力發(fā)電為代表的清潔能源的開發(fā)利用成為當前研究的熱點。隨著風電并網容量的增大，風電機組的控制技術越來越受到了人們的重視，變槳系統(tǒng)承擔著包括風電機組功率控制在內的重要功能，尤其是大量應用在兆瓦級風電機組中的電動變槳距技術，已成為現代風力發(fā)電系統(tǒng)十分重要的組成部分。 本文的主要工作由以下幾部分構成。 首先從風力機的空氣動力學入手，分析了影響風力機輸出功率的因素以及變槳距風電機組的工作模式。隨后闡述了風電機組對變槳系統(tǒng)的要求以及電動變槳系統(tǒng)的基本結構，為后續(xù)章節(jié)提供理論基礎。 根據上述理論，本文針對現有變槳系統(tǒng)無法抑制功率高頻波動的缺點提出了一種改進的變速率變槳控制方案，該方案結合模糊理論建立了變槳速率決策系統(tǒng)，然后利用仿真軟件建立了風電機組電動變速率變槳的模型，驗證了該理論對穩(wěn)定輸出功率的有效性，并降低了變槳機構的疲勞度。 隨后本文對兆瓦級風電機組電動變槳系統(tǒng)的電氣結構進行了詳細的設計和優(yōu)化，分別從變槳電機、交流伺服控制系統(tǒng)、柜體結構、系統(tǒng)配電、數據通訊等方面完成了集成設計?？紤]到后備電源在電動變槳系統(tǒng)中的突出重要性，本文提出了一種全新的冗余后備電源結構，并設計了其控制方案。 根據以上設計，本文最后完成了主控制器硬件實驗平臺的搭建，設計了主狀態(tài)機和人機界面，完成了軟件程序的編寫，并實驗驗證了本文設計的電動變槳系統(tǒng)的可靠性，為進一步研究打下基礎。 【關鍵詞】：風力發(fā)電 電動變槳距 變速率變槳 電控系統(tǒng) 后備電源
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 選題背景及研究意義9-13
• 1.1.1 國內外風電發(fā)展現狀與趨勢9-12
• 1.1.2 兆瓦級風電機組變槳距技術12-13
• 1.2 風電機組電動變槳系統(tǒng)發(fā)展現狀13-17
• 1.2.1 電動變槳與液壓變槳13-14
• 1.2.2 電動變槳距控制系統(tǒng)研究現狀14
• 1.2.3 變槳后備電源應用現狀14-16
• 1.2.4 風電電動變槳行業(yè)市場現狀16-17
• 1.3 本文研究目的與基本內容17-19
• 1.4 本章小結19-20
• 第二章 變槳距風力發(fā)電機組基本理論20-31
• 2.1 風力機的空氣動力學基礎20-24
• 2.1.1 風能的貝茨理論20-22
• 2.1.2 風力機的特性系數22-23
• 2.1.3 變槳距風力機的功率控制23-24
• 2.2 變槳距風電機組工作模式24-26
• 2.2.1 風電機組變槳系統(tǒng)基本控制結構24-25
• 2.2.2 變槳距風電機組的運行狀態(tài)25-26
• 2.3 風電機組對變槳距系統(tǒng)的要求26-27
• 2.4 電動變槳系統(tǒng)的基本結構27-30
• 2.4.1 變槳電機27-28
• 2.4.2 變槳控制器28
• 2.4.3 伺服驅動器28-29
• 2.4.4 后備電源29-30
• 2.5 本章小結30-31
• 第三章 基于模糊控制的電動變速率變槳系統(tǒng)的研究31-51
• 3.1 風電機組變速率變槳控制方法的提出31-33
• 3.2 模糊變速率變槳控制系統(tǒng)的設計33-41
• 3.2.1 變槳速率決策系統(tǒng)33-35
• 3.2.2 變槳系統(tǒng)模糊控制基本理論35-37
• 3.2.3 變速率模糊控制器的設計37-41
• 3.3 基于模糊控制的電動變速率變槳距系統(tǒng)建模41-44
• 3.3.1 變槳控制系統(tǒng)41-42
• 3.3.2 風速模型42
• 3.3.3 風輪氣動模型42-43
• 3.3.4 風力發(fā)電機及傳動鏈的等效處理43-44
• 3.3.5 電動變槳執(zhí)行機構模型44
• 3.4 仿真驗證44-50
• 3.5 本章小結50-51
• 第四章 電動變槳距電氣結構的設計與優(yōu)化51-65
• 4.1 獨立電動變槳系統(tǒng)51-52
• 4.2 電動變槳交流伺服系統(tǒng)的設計52-54
• 4.2.1 伺服電機的設計52-53
• 4.2.2 伺服控制策略設計53-54
• 4.3 電控系統(tǒng)結構的設計與優(yōu)化54-58
• 4.3.1 6柜系統(tǒng)整體結構設計54-56
• 4.3.2 系統(tǒng)配電56
• 4.3.3 數據通訊56-58
• 4.4 后備電源的設計與優(yōu)化58-64
• 4.4.1 常見電氣拓撲59-60
• 4.4.2 冗余容量配比60-61
• 4.4.3 串并聯切換型多級冗余后備電源的設計61-64
• 4.5 本章小結64-65
• 第五章 電動變槳控制系統(tǒng)的實現65-76
• 5.1 電動變槳系統(tǒng)硬件實現65-71
• 5.1.1 主控制器硬件設計65-67
• 5.1.2 模擬風機主控67-68
• 5.1.3 變槳傳動試驗平臺68
• 5.1.4 電控系統(tǒng)68-70
• 5.1.5 后備電源70-71
• 5.2 軟件設計71-74
• 5.2.1 變槳控制主狀態(tài)機設計71-72
• 5.2.2 HMI 設計72-74
• 5.3 實驗結果74-75
• 5.4 本章小結75-76
• 第六章 總結與展望76-78
• 6.1 總結76
• 6.2 不足和展望76-78
• 參考文獻78-82
• 致謝82-83
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文83-85

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