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兆瓦级风力机偏航控制系统设计研究

作者：李晓燕 Publish: 2007-5-11 Hits:-

【中文题名】

兆瓦级风力机偏航控制系统设计研究

【英文题名】

The Design and Research of the Yaw Control System for MW Rated Wind Turbine

【学科专业】

电机与电器

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-5-11

【中关键词】

风力发电,风向信号,偏航控制系统,偏航机构,V_HC控制,

【英关键词】

Wind Power Generation,Wind Direction Signal,Yaw Control System,Yaw Drive Framework,V_HC Control,

【分类导航】

工业技术>电工技术>输配电工程、电力网及电力系统>电力系统的自动化>电气设备的自动控制>

【论文摘要】

风能是绿色能源。风力发电在解决能源和环境问题上的积极意义,正在世界范围内得到快速发展,成为当今世界增长速度最快的能源,我国在风力发电上的投入和研究也正进入一个快速发展的时期。为提高风能的利用效率和机械寿命,风力发电机组的研究工作在世界各地广泛的开展,各种有效的风力发电机组控制策略、算法被提出,但多集中于桨叶控制、发电机控制与并网控制,偏航控制未能取得有效的发展。针对这方面的问题,本论文展开了相应的研究。无论是变桨矩系统还是偏航系统,都是为了提高风能的利用率和提高发电效率。就偏航系统而言,就是要完成风力机叶轮始终正对风向的功能。因为,风作为自然界的产物,具有随机性,风向总是在不断的改变,偏航控制系统成为水平轴风力发电机组控制系统的重要组成部分。风力发电机组的偏航控制系统,主要分为两大类:被动迎风偏航系统和主动迎风系统。前者多用于小型的独立风力发电系统,由尾舵控制,风向改变时,被动对风。后者则多用大型并网型风力发电系统,由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对风控制。为了有效的控制偏航系统,工业上开发除了应用卡尔曼滤波的PI控制器,还有模糊控制、最优控制等控制器,这些控制器的偏航控制信号均来源...

【论文题纲】

摘要	2-4
ABSTRACT	4-10
第一章概述	10-20
1.1 风能	10-11
1.2 国内外风电发展概况	11-16
1.2.1 世界风电发展	12-14
1.2.2 我国风电发展概况	14-16
1.3 风力发电机组控制技术的发展概况	16-19
1.3.1 风力发电机组控制技术的发展	16-18
1.3.2 风力发电机组的控制策略	18-19
1.4 小结	19-20
第二章风力发电机组系统基本组成及功能简介	20-27
2.1 组成部分简介	20-26
2.1.1 风力机桨叶系统	21-22
2.1.2 风力机齿轮箱系统	22-23
2.1.3 发电机系统	23-25
2.1.4 控制系统	25-26
2.1.5 刹车系统	26
2.2 小结	26-27
第三章偏航系统功能和原理	27-40
3.1 偏航控制系统的功能	27
3.2 偏航控制原理	27-31
3.3 风向信号和风机位置对偏航工况的影响	31-39
3.3.1 风向	31-35
3.3.1.1 风向的测量	31-33
3.3.1.2 风速的测量	33-34
3.3.1.3 风向传感器在机舱上的位置	34-35
3.3.2 风机所处的地形位置等不确定因素对偏航的影响	35-39
3.4 小结	39-40
第四章偏航控制结构和驱动机构	40-50
4.1 偏航控制机构	40-45
4.1.1 风向传感器	40-42
4.1.2 偏航控制器	42
4.1.3 解缆传感器	42-45
4.2 偏航驱动机构	45-49
4.2.1 偏航轴承	46
4.2.2 偏航驱动装置	46-48
4.2.3 偏航制动器	48-49
4.3 小结	49-50
第五章风力机偏航控制过程	50-57
5.1 偏航过程分析和算法流程	50-55
5.1.1 自动偏航	51-53
5.1.2 90 度侧风	53-54
5.1.3 人工偏航	54
5.1.4 自动解缆	54-55
5.2 硬件结构	55-56
5.3 本章小结	56-57
第六章基于一种新型算法的偏航控制系统设计	57-78
6.1 算法的引入	57-61
6.1.1 双馈风力发电机组的“Vane_Hill Climing（V_HC）”算法	59-61
6.1.2 V_HC 控制算法的优点	61
6.2 软件设计	61-64
6.3 硬件系统设计	64-68
6.3.1 系统的传动机构	64-65
6.3.2 系统机组的选定	65
6.3.3 功率检测	65-66
6.3.4 控制器	66-68
6.3.5 开关电路	68
6.3.6 机械传动机构和伺服电机的选择	68
6.4 偏航伺服电机参数的选择	68-73
6.4.1 选择依据	68-70
6.4.2 设计参数的确定	70-72
6.4.3 控制偏航电机输出电路和电气连接简图	72
6.4.4 选型	72-73
6.4.5 设计总结	73
6.5 基于V_HC 算法的仿真结果与分析	73-76
6.5.1 风速恒定，风向改变	73-75
6.5.2 风向恒定，风速改变	75-76
6.6 小结	76-78
第七章总结与展望	78-81
7.1 全文总结	78-79
7.2 展望	79-80
7.3 下一步工作设想	80-81
参考文献	81-86
附录	86-90
附录一 90度侧风程序流程图	86-87
附录二人工偏航程序流程图	87-88
附录三自动解缆程序流程图	88-89
附录四 BONFIGLIOLI 700T 系列行星齿轮减速机技术参数	89-90
缩略语	90-91
致谢	91-92
攻读学位期间发表的学术论文目录	92-94

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.382827



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