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《湖南大学》 2016年
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直驱永磁风力发电机组独立变桨控制系统研究

张磊  
【摘要】:直驱式风力机凭借其优良的工作特性,在国内外风电市场得到了广泛的应用,国内直驱式风力机整机厂商代表是金风科技和湘电风能。本文围绕直驱式风电机组变桨距控制技术展开研究,对直驱式风力机涉及到的空气动力学模型、载荷来源、运行控制过程和电动变桨控制系统进行了研究。为了降低风力机运行过程中的功率波动和疲劳载荷,本文对直驱式风力机独立变桨控制技术进行了重点研究。首先,对风力发电机组控制机理和载荷来源进行了分析,在对风力发电机组空气动力学理论研究基础上,对风力机运行过程中载荷来源进行了分析,并通过仿真对比分析了风剪切、塔影效应和湍流风对风机载荷的影响。根据外界风速大小,风电机组运行可分为不同的控制阶段,详细阐述了风力机各运行阶段的控制对象和控制目标,搭建了基于载荷分析的变桨控制模型,风力机在湍流风影响下,对风力机的桨距角变化、功率输出特性和各部件载荷进行了观察研究。其次,直驱式风力机广泛采用电动变桨控制系统,桨叶分别由变桨电机独立控制。本文分别对变桨电机、电机伺服驱动器、后备电源和主控制器等电动变桨组成结构进行了详细设计。考虑到电源故障对风力机变桨系统的严重影响,对变桨控制系统进行了电源冗余性设计。变桨电机采用基于转子磁链定向的三闭环矢量控制策略,对位置环、速度环、转矩环进行了设计说明,并在Matlab/Simulink中搭建变桨电机的伺服控制模型,通过仿真模拟实际工况下变桨电机的工作条件,仿真结果表明:电动变桨有快速的响应速度和控制精度,能够快速跟随桨距角的变化。最后,设计了基于状态空间方程的独立变桨控制策略,利用现代控制理论的相关方法,设计了 LQG控制器,LQG控制器是由一个线性二次调节器(LQR)和kalman滤波器组成。为了抑制风扰动信号对风机的影响,利用抗干扰自适应控制(DAC)进行前馈控制,通过搭建仿真对所提独立变桨控制策略进行研究,仿真结果表明所提出的控制策略能有效降低风机输出功率的波动,并能降低各部件的载荷。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM315

【参考文献】
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