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风力发电仿真系统建模与开发

杨天治  
【摘要】:随着世界常规能源(石油、煤)的减少,人类开始大规模的尝试新能源作为替代品,其中风能已经取得一些成就,并开始得到推广。我国的风能事业在近十年出现“爆发”式的增长,总装机容量和新增装机容量均处于世界前列,但与之配套的风能人才培养尚未跟上脚步。因此本课题通过开发风力发电仿真软件,为培养风力发电方面的人才提供培训设备。 本文在提出风力发电仿真结构的基础上,着重对风轮模型和发电机模型进行介绍。在风轮模型中,探讨三种不同的建模方法,并给出每种建模方式的优缺点和仿真信息流图,同时针对风机的“自锁”现象进行理论推理和仿真验证;在发电机模型中,借助Matlab分析直接建模方法的优缺点,针对矢量变化建模方法完成仿真信息流图设计。 以UML为工具,从功能模型、对象模型、动态模型三个方面对风力发电仿真软件进行设计和分析。其中通过对象模型的设计,将风机拆分成模块化进行开发,充分利用C++语言的多态性开发四种风机类型,实现风机的全工况仿真。最后完成的风力发电仿真软件以3D界面显示,不仅能够实现场景漫游,观察风机内外部结构,而且可以进行故障设置和故障修复。软件实时与工业PLC进行数据交互,提供丰富的测量点和控制点,可以进行多种类型的实验,全面考察使用者的控制程序。 在控制验证环节,完成风机的开机、停机和稳态控制回路设计。通过带有迟滞环的偏航控制器,能够保证风能利用效率的同时减少偏航系统的转动,延长偏航机械结构的寿命;针对桨距控制回路中常用的普通PID控制器,在分析其容易发生积分饱和的原因基础上,设计带有积分切除功能的PID控制器,有效克服积分饱和的缺点,保护风机的电气设备。通过这些实验进一步验证模型的正确性和仿真软件的可靠性。


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