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風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

來源:論文學(xué)術(shù)網(wǎng)
時間:2024-08-18 12:19:18
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風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究【摘要】:近年來,隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展,能源問題變得越來越嚴(yán)重,尋找新的替代能源已成為當(dāng)務(wù)之急,風(fēng)能發(fā)電以其資源豐富和技術(shù)上的優(yōu)勢,成為當(dāng)前國內(nèi)外研究和發(fā)展的

【摘要】:近年來,隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展,能源問題變得越來越嚴(yán)重,尋找新的替代能源已成為當(dāng)務(wù)之急,風(fēng)能發(fā)電以其資源豐富和技術(shù)上的優(yōu)勢,成為當(dāng)前國內(nèi)外研究和發(fā)展的重點。中國已成為世界上的風(fēng)能大國,但是對風(fēng)能發(fā)電的研究起步較晚,特別是控制系統(tǒng)方面,與此相關(guān)的理論研究和應(yīng)用技術(shù)仍然很薄弱。因此,研究風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的主要關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)理論方法問題具有重要的意義。 本文以風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)為研究對象,對風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的一些關(guān)鍵問題,特別是在控制系統(tǒng)相關(guān)的問題方面進行了深入的研究。全文的主要研究內(nèi)容如下: 1.研究了風(fēng)速的預(yù)測問題。通過分析風(fēng)速序列高度的非線性、大間歇非平穩(wěn)性和混沌特性,構(gòu)建了基于相空間重構(gòu)小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)速預(yù)測模型。 (1)分析了風(fēng)速序列的非線性,采用自相關(guān)函數(shù)檢驗法判定了風(fēng)速序列的非平穩(wěn)性,采用功率譜法判定了風(fēng)速序列的混沌特性,構(gòu)建了一種風(fēng)速預(yù)測模型。 (2)針對風(fēng)速序列的混沌特性,采用G-P (Grassberger-Procaccia)法計算相關(guān)維數(shù),由Takens嵌入定理求得嵌入維數(shù),將相空間重構(gòu)嵌入維數(shù)作為模型時序數(shù)據(jù)輸入維數(shù),避免輸入節(jié)點數(shù)選取的任意性使得到的預(yù)測結(jié)果不一定是其解空間的表達問題。 (3)利用小波變換對非平穩(wěn)性的分解,結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的非線性映射能力,有效地解決風(fēng)速序列的非線性和非平穩(wěn)性問題,給出了模型結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)算法,并進行了仿真實驗驗證。 (4)采用我國浙江杭州灣入???北緯90°,東經(jīng)120°)多組半小時實測風(fēng)速數(shù)據(jù),對本文構(gòu)建的風(fēng)速預(yù)測模型進行工程驗證,結(jié)果表明本文所建模型的精度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法。 2.研究了變速恒頻雙饋風(fēng)電機組的功率控制問題。基于雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特性,提出了一種基于指數(shù)趨近率的積分變結(jié)構(gòu)控制器,實現(xiàn)了雙饋風(fēng)電機組有功功率和無功功率的解耦控制。 (1)基于最大功率反饋控制策略以及定子電壓定向的矢量控制策略,實現(xiàn)了雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤和雙饋電機有功功率和無功功率的解耦控制。 (2)針對傳統(tǒng)的雙饋電機矢量控制策略結(jié)構(gòu)復(fù)雜,魯棒性不強等問題,在雙饋電機定子電壓定向矢量控制的基礎(chǔ)上,提出了一種變結(jié)構(gòu)控制策略。通過直接在轉(zhuǎn)子靜止abc坐標(biāo)系實現(xiàn)轉(zhuǎn)子側(cè)電流的無靜差控制,避免了對轉(zhuǎn)子電流實施坐標(biāo)變換,簡化了控制結(jié)構(gòu)。且滑模變結(jié)構(gòu)控制對于電機參數(shù)變化及外部擾動具有很好的魯棒性,可以有效地抑制電機參數(shù)變化及外部擾動對雙饋風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的影響。 (3)在變結(jié)構(gòu)控制的滑動面引入積分環(huán)節(jié),可消除電機參數(shù)變化及外部擾動造成的穩(wěn)態(tài)誤差,又可通過調(diào)節(jié)積分環(huán)節(jié)的參數(shù),改善滑動運動的動態(tài)品質(zhì)。通過采用指數(shù)趨近律可保證滑動模態(tài)到達過程的動態(tài)品質(zhì),又可消弱變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上的開關(guān)不連續(xù)性造成的系統(tǒng)抖振。 (4)通過理論推導(dǎo)和仿真實驗驗證了本文控制策略的可行性和有效性,并進行了工程應(yīng)用驗證。 3.研究了風(fēng)電機組的偏航控制問題。基于偏航控制系統(tǒng)的工作特性,采用V-HC (Vane-Hill Climbing)算法實現(xiàn)了偏航最大功率跟蹤;提出了一種滑模速度控制器,實現(xiàn)了偏航感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制。 (1)針對基于風(fēng)向傳感器的風(fēng)向微變化時風(fēng)向偏航控制角度難以精確化問題,在風(fēng)向角小范圍變化時采用基于功率檢測的爬山算法進行最大發(fā)電功率跟蹤,以解決小范圍內(nèi)風(fēng)向傳感器難以確定風(fēng)向角的問題,提高了偏航控制的精度。 (2)針對風(fēng)速檢測和偏航控制具有滯后性,采用基于相空間重構(gòu)的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進行風(fēng)速短時預(yù)測,根據(jù)預(yù)測風(fēng)速對風(fēng)電機組進行超前偏航控制,即可實現(xiàn)風(fēng)電機組的最佳發(fā)電,又能減小對風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)力沖擊,保護和延長風(fēng)力發(fā)電機的壽命。 (3)針對偏航控制系統(tǒng)抗較大外部擾動的魯棒性問題,在偏航感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基礎(chǔ)上,將滑模變結(jié)構(gòu)控制和矢量控制相結(jié)合,提出了一種滑模速度控制器用于偏航控制系統(tǒng)的速度控制,給出了滑模速度控制器的設(shè)計方法,分析了滑模速度控制器的有效性?;W兘Y(jié)構(gòu)控制對于電機參數(shù)變化及外部擾動具有很好的魯棒性,可以有效地提高偏航系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗擾動性。 (4)通過對比實驗和工程驗證,表明本文的控制策略是可行有效的。 4.設(shè)計了一套中小型風(fēng)能發(fā)電機組控制裝置,實際運行結(jié)果表明,本文的控制方法和策略是可行有效的。 (1)實現(xiàn)了中小型風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的信號采集和處理、偏航控制、自動解纜、并網(wǎng)發(fā)電控制、停機制動控制、安全保護、本地監(jiān)控、遠程監(jiān)控。 (2)給出了偏航控制和功率控制主要功能的軟硬件實現(xiàn)方法。 (3)對設(shè)計應(yīng)用的系統(tǒng)進行實驗和運行測試,通過實測數(shù)據(jù)分析,驗證了控制裝置和相關(guān)算法的有效性。 【關(guān)鍵詞】:風(fēng)能發(fā)電 風(fēng)速預(yù)測 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 功率控制 偏航控制 滑模變結(jié)構(gòu)控制
【學(xué)位授予單位】:合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2014
【分類號】:TM614
【目錄】:
  • 致謝9-10
  • 摘要10-13
  • ABSTRACT13-22
  • 第一章 緒論22-34
  • 1.1 課題背景22-24
  • 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀24-31
  • 1.2.1 風(fēng)速預(yù)測方法研究現(xiàn)狀24-26
  • 1.2.2 變速恒頻雙饋風(fēng)電機組功率控制技術(shù)研究現(xiàn)狀26-29
  • 1.2.3 風(fēng)電機組偏航控制技術(shù)研究現(xiàn)狀29-31
  • 1.3 本文的研究內(nèi)容與創(chuàng)新點31
  • 1.4 本文的結(jié)構(gòu)安排31-34
  • 第二章 風(fēng)速預(yù)測34-54
  • 2.1 風(fēng)速序列特性分析34-37
  • 2.1.1 風(fēng)速非線性特性分析34
  • 2.1.2 風(fēng)速非平穩(wěn)特性分析34-36
  • 2.1.3 風(fēng)速混沌特性分析36-37
  • 2.2 風(fēng)速預(yù)測37-39
  • 2.3 風(fēng)速小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)39-40
  • 2.3.1 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本思想39
  • 2.3.2 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型構(gòu)造39-40
  • 2.4 風(fēng)速小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型中間隱層構(gòu)造40-42
  • 2.4.1 隱層小波函數(shù)的選擇40-42
  • 2.4.2 風(fēng)速小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型隱層節(jié)點數(shù)的確定42
  • 2.5 風(fēng)速小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型初始化42
  • 2.6 風(fēng)速小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型學(xué)習(xí)算法42-44
  • 2.7 相空間重構(gòu)風(fēng)速時間序列44-46
  • 2.7.1 延遲時間的確定45
  • 2.7.2 嵌入維數(shù)的確定45-46
  • 2.8 風(fēng)速小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型訓(xùn)練46-48
  • 2.9 實驗分析48-52
  • 2.9.1 風(fēng)速相空間重構(gòu)48-49
  • 2.9.2 風(fēng)速序列相空間重構(gòu)49
  • 2.9.3 風(fēng)速小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練49-52
  • 2.10 小結(jié)52-54
  • 第三章 變速恒頻雙饋風(fēng)電機組功率控制研究54-74
  • 3.1 風(fēng)力機特性分析55-59
  • 3.2 雙饋電機數(shù)學(xué)模型59-63
  • 3.2.1 雙饋電機dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型60
  • 3.2.2 雙饋電機定子磁場定向矢量控制60-61
  • 3.2.3 雙饋電機定子電壓定向矢量控制61-63
  • 3.3 變結(jié)構(gòu)滑動模態(tài)控制的設(shè)計方法63-66
  • 3.3.1 變結(jié)構(gòu)控制的設(shè)計方法63-64
  • 3.3.2 變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析64-65
  • 3.3.3 變結(jié)構(gòu)控制的抖振問題65
  • 3.3.4 變結(jié)構(gòu)控制的不變性65-66
  • 3.4 雙饋電機功率控制的積分變結(jié)構(gòu)控制策略66-69
  • 3.4.1 雙饋電機功率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計66-67
  • 3.4.2 偏差方程的構(gòu)造67-68
  • 3.4.3 切換函數(shù)構(gòu)造68
  • 3.4.4 變結(jié)構(gòu)控制律設(shè)計68-69
  • 3.4.5 參數(shù)攝動分析69
  • 3.5 仿真實驗及分析69-71
  • 3.6 小結(jié)71-74
  • 第四章 風(fēng)電機組偏航控制技術(shù)74-88
  • 4.1 偏航控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)75-76
  • 4.2 偏航控制工作原理76-77
  • 4.3 偏航控制的工作模式77
  • 4.4 偏航控制V-HC算法77-80
  • 4.4.1 風(fēng)向傳感器控制算法77
  • 4.4.2 基于功率檢測的爬山算法77-80
  • 4.5 基于風(fēng)速預(yù)測的偏航保護控制80
  • 4.6 滑模變結(jié)構(gòu)速度控制器設(shè)計80-84
  • 4.6.1 偏航感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型80-81
  • 4.6.2 矢量控制81-82
  • 4.6.3 切換函數(shù)構(gòu)造82-83
  • 4.6.4 滑動模態(tài)存在和到達條件83-84
  • 4.6.5 抖振問題的解決84
  • 4.7 仿真實驗及分析84-86
  • 4.7.1 風(fēng)向階躍時的跟蹤實驗85
  • 4.7.2 偏航過程中的擾動實驗85-86
  • 4.8 小結(jié)86-88
  • 第五章 中小型風(fēng)能發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計88-106
  • 5.1 風(fēng)能發(fā)電控制系統(tǒng)88-89
  • 5.2 風(fēng)能發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計原則89-90
  • 5.3 風(fēng)能發(fā)電控制系統(tǒng)硬件設(shè)計90-95
  • 5.3.1 信號采集單元91-92
  • 5.3.2 運行主控制器92
  • 5.3.3 偏航伺服單元92-93
  • 5.3.4 并網(wǎng)控制單元93-95
  • 5.3.5 通信接口電路95
  • 5.4 風(fēng)能發(fā)電偏航控制的軟件設(shè)計95-98
  • 5.4.1 偏航控制的模式控制95-96
  • 5.4.2 偏航跟風(fēng)模塊設(shè)計96-97
  • 5.4.3 基于風(fēng)速預(yù)測的偏航保護控制97-98
  • 5.5 風(fēng)力發(fā)電功率控制的軟件設(shè)計98-100
  • 5.6 系統(tǒng)上位機功能設(shè)計100-101
  • 5.7 實驗結(jié)果分析101-106
  • 第六章 總結(jié)與展望106-108
  • 6.1 總結(jié)106
  • 6.2 展望106-108
  • 參考文獻108-115
  • 攻讀博士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況115


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德國:風(fēng)能發(fā)電漸成規(guī)模    曉風(fēng);

甘肅擬建10個風(fēng)能發(fā)電區(qū)應(yīng)對氣候變化    

風(fēng)能發(fā)電的環(huán)境效益分析    劉榮;丁衛(wèi)頌;王天龍;

美國2012風(fēng)能發(fā)電占電力供應(yīng)6%    

風(fēng)能發(fā)電在超高層建筑中的應(yīng)用研究    李秋勝;李永貴;陳伏彬;趙松林;朱楚南;

風(fēng)能發(fā)電對于節(jié)能環(huán)保發(fā)展經(jīng)濟的意義    張俊;

狀態(tài)監(jiān)測有效提升風(fēng)能發(fā)電傳動系統(tǒng)可靠性    張恩廣;

船舶風(fēng)帆、風(fēng)電綜合應(yīng)用初步數(shù)值研究    劉德興;鄭艷娜;彭海婷;溫鉑洋;

奧巴馬以威脅安全為由禁中國公司在美建風(fēng)電場    

合肥首個風(fēng)能發(fā)電項目巢湖觀湖風(fēng)電場開建    

2010年全球中小型風(fēng)能產(chǎn)業(yè)報告    都志杰;

德國籌建世界上首座海上風(fēng)能發(fā)電站    國文

瑞士大力發(fā)展風(fēng)能發(fā)電    甘方

歐盟風(fēng)能發(fā)電占總量5%    賈瑛

海南首個風(fēng)能發(fā)電項目啟動    記者 建軍

世界風(fēng)能發(fā)電進入快速發(fā)展時期    趙事立

德國風(fēng)能發(fā)電“行陸而望海”    武文

全球風(fēng)能發(fā)電飛速發(fā)展    冬日

世界風(fēng)能發(fā)電增長創(chuàng)記錄    記者 盧蘇燕

歐盟推廣海上風(fēng)能發(fā)電好處多    羅善興

今日風(fēng)車    本報駐美國記者 劉愛成

風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究    秦劍

基于汽車風(fēng)速的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)研究    王超

福建省風(fēng)能發(fā)電企業(yè)的商務(wù)模式創(chuàng)新研究    胡學(xué)慶

渤海灣海上風(fēng)能發(fā)電陸地維保地的選址分析    曾鍇

垂直型風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與研究    韓旭

山東半島風(fēng)能發(fā)電引領(lǐng)低碳經(jīng)濟發(fā)展策略研究    陳利雯

風(fēng)能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的研究    趙薇

風(fēng)能發(fā)電與火力發(fā)電的發(fā)展?jié)摿Ρ妊芯?nbsp;   原博