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潮流发电水轮机变桨距控制研究

丁翔  
【摘要】:能源是人类社会进步与发展的主要问题,人类对化石燃料的持续开采使得化石燃料已经濒临枯竭,而化石燃料的燃烧造成的环境问题也对人类社会发展造成了阻碍,能源问题和环境问题已经成为21世纪人类面对的最主要的问题。潮流能可再生、无污染、能量密度高等优点越来越受到各国的重视。由于潮流能具有随机性和不稳定性,因此对潮流发电水轮机控制技术的研究就非常的有现实意义。本文对25kW水轮机进行了变桨距控制研究。本文先从潮流发电水轮机的水动力学开始进行了研究,对变桨距控制的整个过程进行了分析,相比于定桨距系统,变桨距水轮机可以在低流速下保持最小桨距角实现功率的最大捕获,高流速下通过变桨来实现恒功率输出,减少了对系统的过载冲击。建立了变桨距控制系统的数学模型,为了满足潮流发电机的高流速下的恒功率控制,对额定工作点附近进行了线性化处理,实现了潮流发电变桨距系统的PID控制。针对潮流发电系统具有非线性,多变量的特性,本文提出了一种基于模糊控制的统一变桨距控制系统,通过人们经验设计了控制语句,在MATLAB/Simulink下进行了系统仿真。针对电气变桨控制方式,本文设计了一种基于直流无刷伺服电机的变桨距驱动系统设计,进行了电机的电流环、速度环、位置环三闭环控制系统设计及仿真验证。仿真结果表明,本文提出的基于模糊控制的潮流发电变桨距系统在额定流速以上实现了功率的恒定输出,并且通过与传统PID控制的对比,模糊控制器具有系统反应速度快,系统无超调,抗干扰能力强的优点。设计的三闭环直流无刷伺服系统实现了对角度的准确跟踪。


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