永磁直驱风力发电机组的失速和变桨混合控制策略研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100088硕士学位论文学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：信息处理与智能控制论文题目：永磁直驱风力发电机组的失速和变桨混合控制策略研究英文题目：StudyontheStallandPitchHybridControlofPermanentMagnetDirectDriveWindTurbine学生姓名：王海晶导师姓名：王秀玲副教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要风能作为一种开发成本低，清洁，安全的可再生能源越来越得到社会各界人士广泛关注，成为当前的研究热点。相较于其它可以稳定获取的清洁新能源

2、，风能的能量密度低并且稳定性差，随着季节和气候的不同，风的速度和方向都在随机变化。因此，在大力开展风能利用的今天，对风力发电机组可靠性和效率要求也在不断提高。由于永磁直驱风力发电机组具有效率高、可靠性高、机组整体重量小、维护时省事省力等特点，逐渐被业内专业人士认同。当前，对永磁直驱风力发电机组的功率控制以变桨距控制为主，通过调节桨距角实现额定风速以上的恒功率运行。但是，变桨距控制需要独立的控制系统，无形中增添了永磁直驱风力发电机组控制系统的复杂性，并且变桨系统桨距角频繁动作故障率相对较高。根据电监会风电安全监管报告发布的数据，2011年仅前八个月风力发电机组变桨

3、系统发生故障的概率超过百分之四十。针对现有技术缺陷，本文以上海致远绿色能源有限公司的60kW永磁直驱风力发电机组为研究对象，对永磁直驱风力发电机组采取失速和变桨混合控制策略。该控制方法是将被动失速调节与变桨距调节两种控制技术进行了有机结合。当风机运行于低风速时，发电机转速小于额定转速，采取最大功率跟踪策略；在额定风速以上时，通过变桨使风力发电机组叶片向着功角增大的方向转过一定角度，主动使叶片进入失速状态，使风机功率维持稳定功率输出。失速和变桨混合控制策略的变桨速率可以比变桨控制的变桨速率小。高风速时，叶片桨距角只需要微调就能维持额定功率输出，变桨机构的行程也比变

4、桨控制少很多。在保证功率稳定输出的同时，使传动系统的柔性得到有效提高，变桨机构故障率得以降低。本课题以风电行业权威的辅助设计和校核软件GHBladed为仿真平台，根据60kW失速型永磁直驱风力发电机组的真实数据建立模型，使用C++语言编写控制程序，在GHBladed软件调用外部控制程序进行仿真实验。仿真结果表明，对永磁直驱风力发电机组采取失速和变桨控制可以维持风力机高风速时的额定功率输出，效果优于变桨控制。关键词：永磁直驱风力发电机组；变桨控制；失速控制；混合控制；GHBladed软件I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWindenergy,asakin

5、doflowdevelopmentcost,cleanandsaferenewableenergyhasattractedmoreandmoreattentionfromallwalksoflifeandhasbecomeahottopicofresearch.Comparedtoothercleannewenergysourcesthatcanbeobtainedstably,windenergyhaslowenergydensityandpoorstability.Withthedifferentseasonsandclimates,thespeedandd

6、irectionofthewindarerandomlychanging.Therefore,whilevigorouslydevelopingtheuseofwindenergy,thedemandforreliabilityandefficiencyofwindturbinesarealsoincreasing.Becauseofthecharacteristicsofhighefficiency,highreliability,smalloverallweightoftheunit,andeasyandeffortlessmaintenance,perma

7、nentmagnetdirect-drivewindturbineisgraduallyrecognizedbyprofessionals.Atpresent,thepowercontrolofpermanentmagnetdirectdrivewindturbineismainlypitchcontrol,andconstantpoweroperationabovetheratedwindspeedisachievedbyadjustingthepitchangle.However,thepitchadjustmentrequiresanindependent

8、controlsyste