永磁直驱风力发电机组变桨距伺服系统的研究

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1、学校代号10532学号S150900634分类号TM315密级公开硕士学位论文永磁直驱风力发电机组变桨距伺服系统的研究学位申请人姓名李良涛培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称黄守道教授学科专业电气工程研究方向风力发电论文提交日期2018年4月25日学校代号：10532学号：S150900634密级：公开湖南大学硕士学位论文永磁直驱风力发电机组变桨距伺服系统的研究学位申请人姓名：李良涛导师姓名及职称：黄守道教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：电气工程论文提交日期：2018年4月25日论文

2、答辩日期：2018年5月20日答辩委员会主席：王辉教授ResearchonPitchServoSystemofPermanentMagnetDirect-driveWindTurbinebyLILiangtaoB.E.(HunanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinElectricalEngineeringintheGradu

3、ateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorHUANGShoudaoApril,2018硕士学位论文湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作

4、者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在______年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I永磁直驱风力发电机组变桨距伺服系统的研究摘要为了响应全球能源可持续发展的战略目标，积极开发利用

5、清洁的可再生能源已成为当今社会的主要趋势。风能凭借其清洁、成本低以及可再生的优点，在新能源领域得到了广泛的应用。本文针对永磁直驱风力发电机组变桨系统从两方面进行进行理论分析与研究，一方面为变桨距系统，另一方面为伺服系统。其中风机变桨距系统根据外界自然风速的大小来求得桨距角，然后发送桨距角指令给变桨伺服系统，变桨伺服电机控制风力机桨叶角度跟随给定值，完成变桨。首先，本文对风力发电变桨距系统进行理论分析与研究，当外界风速小于额定风速时，风电机组开始工作，此时保持桨距角=0，实现最大风能捕获；当外界

6、风速高于额定风速，变桨伺服系统开始工作，增加叶片桨距角，降低系统的风能利用系数，以维持风电系统的输出功率在其额定值附近。选用PMSM作为变桨伺服电机，并对其转子结构及运行原理也进行了研究，通过坐标变化公式对PMSM在旋转坐标系下的数学模型进行了推导，并对几种常用的PMSM矢量控制方法进行了分析对比。然后针对变桨主控系统各部分数学模型作简要介绍，包括自然风速、风力机、传动系统以及变桨距执行机构模型。并在Matlab中搭建额定风速以上时，风电机组变桨距主控系统的仿真模型。其次，研究了位置前馈控制变桨

7、伺服系统。先对PID控制变桨伺服系统进行理论分析，并在MATLAB中搭建仿真模型验证。仿真结果显示：PID控制变桨伺服系统的位置响应速度比较慢、抗负载扰动能力也比较差。然后，研究了将位置前馈控制引入PID控制变桨伺服系统中，并对其建模仿真，仿真结果表明不加位置前馈控制策略会出现位置跟随滞后的现象；加入位置前馈后，伺服系统能快速跟随给定位置，无滞后现象，提升了伺服系统的位置响应速度以及控制精度。最后，对滑模变结构控制变桨伺服系统进行了理论研究，并在MATLAB中搭建仿真模型，对仿真结果分析可得：滑

8、模变结构控制系统虽然能实现系统的快速响应，但是变桨电机速度会远远超过其额定转速。此外，在发生负载突变时，位置、速度波动的幅值仍然较大。针对变桨伺服系统负载扰动大，以及传统滑模变结构用于变桨伺服系统中速度不可控难题，研究了改进的滑模变结构控制伺服系统，设计了将变指数趋近律的分段滑模变结构控制器与降阶负载转矩观测器相结合的方法，并在MATLAB中搭建仿真模型验证。仿真结果显示：改进的滑模变结构控制技术成功解决了速度不可控难题，并且在实现变桨系统快速性的同时，还增加了系统的抗负载扰动能力。关键词：风力