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兆瓦级风力发电机组变桨距系统控制技术研究

郭洪澈  
【摘要】: 随着全球经济的飞速发展,人们生活水平的日益提高,常规能源的短缺将会日趋严重,地球有限的化石燃料逐渐趋于枯竭,开发可再生能源已成为全社会可持续发展的紧迫课题。风能是一种取之不尽用之不竭的可再生能源,有效的开发利用风能可以保护地球生态环境、减缓地球资源消耗。风力发电机是开发和利用风能的最好工具,中国乃至世界都在大力开发推广风电,风电成为全世界增长速度最快的新型清洁电力。因此,深入研究风力发电机组的变桨距控制技术对于开发风能和实现风电机组国产化具有重要意义。本文以国家高科技发展计划项目“兆瓦级变速恒频风电机组”(课题编号:2001AA512022)为背景,主要研究兆瓦级风电机组的变桨距机构及其控制系统。本文针对大型风电机组变桨距控制的相关问题展开研究,主要研究内容归纳如下: 在充分考虑到风力发电机组的运行要求和工作环境特点后,设计了电液伺服变桨距液压驱动系统。由于变桨距风力机具有很强的非线性,采用传统的PID控制效果并不十分理想,因此采用自适应控制进行变桨距控制。并在1MW风力发电机上对各种工况进行了试验,最终结果均能满足变桨距控制要求。 针对变桨距并行冗余设计方案,为了克服因两个液压缸运动状态差异形成的机械耦合对变距系统的影响,本文采用自适应解耦控制技术,先通过前馈解耦,再经过自适应律产生的反馈作用来修改液压系统控制器的参数,产生同步控制量,使双液压缸在位置上保持一致,从而实现了变距系统的同步传动。仿真实验表明,本文所提出的控制方案具有速度快、鲁棒性强、同步误差小的优点。 此外,基于永磁电动机的独立桨叶控制技术也是变桨距控制的一个重要发展趋势。本文设计了独立变桨距执行机构,并针对永磁同步电动机,设计了IP位置伺服系统。其次,在此IP位置控制的基础上,提出了对该系统的最优预见前馈补偿,以提高原伺服系统的跟踪性能。为了使预见前馈补偿能适应系统参数的变化,提出了采用自适应神经元来实现预见前馈补偿。为了证明所提方案的有效性,进行了仿真实验。仿真结果表明控制效果良好。


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