电动变桨距控制器的控制方法研究.doc

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1、电动变桨距控制器的控制方法研究扌商要：随着经济社会发展，能源与环境己经成为人类面临的紧迫问题。风力发电以其所具有的环保、可靠、可再生等优点，日益成为能源技术领域研究开发的热点。变桨距控制技术是风电系统的关键技术之一，所以对大型风力发电机组变桨距控制技术进行•深入研究具有十分重要的现实意义。木文以国产兆瓦级风力发电机组为背景，对风力发电机组电动独立变桨控制技术进行了较为深入的研究。木文介绍了电动变桨伺服系统的结构原理，通过分析变桨电机的数学模型，研究交流电机矢量控制，设计出就位置转速电流三闭环PID控制的电动独立变桨伺服控制方

2、案，进行相应的数学建模与参数设计。将模糊控制理论应用于电动变桨伺服系统，合击电动变桨距模糊伺服控制器，并建立仿真模型，惊醒仿真实验。关键词：电动变桨；伺服控制；矢量控制；模糊控制。1绪论1.1课题的背景和研究意义随着科学技术的发展，世界性能源危机的日趋严重以及环境保护意识的不断加强，开发新的可再生能源迫在眉睫。风能是一种用之不竭、清洁的可再生能源,在众多开发的可再生能源屮很具有潜力。世界丄很多国家，尤其是发达国家，己充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方而的重要性，对风电的开发给予了高度重视。很多国家都在相继开发变速

3、恒频风电机组。屮、大型变速恒频风电机组正逐步的占领着风电机组市场。开发和研制兆瓦级变速恒频风电机组是我国发展风电技术的当务之急随着常规能源供应的H益紧张，用可再生资源发电己成为各国能源战略的重要选择，血风力发电H前是可再生能源各种产业屮发展最快、技术最为成熟、最具大规模开发和商业化前景的产业，是最有可能成为主流电源的可再生能源之-o其所具有的取之不尽、用之不竭、不污染环境、不破坏生态的特点决定了它在保证未来人类社会永续发展屮必然扮演重要角色。积极促进风电的开发利用，是优化能源结构，保障能源安全，缓解能源利用造成的环境污染，促

4、进能源与经济、能源与环境协调发展的重要的选择，是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要途径。风电技术涉及到空气动力学、自动控制、机械传动、电机学、力学、材料学等诸多学科，是综合性高技术系统工程，变桨距控制是其屮的关键技术之一。而提高风能利用效率、改善风电质量和降低风电成本是发展风电技术的前提条件，许多学者利用现代控制技术来改善风电系统性能，风力发电机组控制方式从单一的定桨距失速控制向变桨距控制方向发展，变桨距技术从液床同步变桨距控制发展到三个叶片单独控制的电动独立变桨距技术。1.2变桨距技术的发展现状定桨距失速

5、控制是传统的控制方式，采用该方式的风力发电机组叶片直接固定在轮毅上，叶片的安装角在安装吋确定好，在运行期间不能变化。失速型叶片气动外型的设计能够使高风速下通过翼而上的气流出现分离，也就是所谓的失速现象。失速会导致叶片的升力下降而阻力上升，同吋随风速增大气动效率下降，限制了风力发电机组的最大输出功率，但是受失速特性的影响，通常风力发电机组的输出功率在达到额定风速后有所下降。另外，定桨距失速控制的风力发电机组最大升力对空气密度和叶片表面粗糙度的变化比较敏感，与变桨距风力发电机组叶片比较，叶片重量大、轮毅、塔架等部件受力较大，机组

6、的整体效率较低，所以n前人型商用机型己基本被变桨距机型山据。变桨距控制是根据风速的变化来调整叶片的桨距角，从而控制发电机的输出功率，变桨距控制风力发电机组的叶片通过轴承固定在轮毅上，可以绕叶片的轴线转动来调整叶片的桨距角。在高风速情况下，桨距角随着风速的增加不断向正的安装角度方向调整，减小气流攻角以保持较小的升力来限制功率。由于桨距角可以连续调节，因此在高风速情况下可使发电机的输出功率保持在额定功率，而且可以自动补偿空气密度和表面粗糙度变化的影响。在刹车时，叶尖刹车装置制动叶轮的同吋叶片转动，相半于气体刹车，从而减少了机械刹

7、车对传动系统的冲击，减轻了刹车结构的负荷。与定桨距控制技术相比，变桨距控制的优点是叶片受力较小，叶片制造较为轻巧，桨距角可以随风速的大小血自动调节，因而能够尽可能更多的吸收风能，同吋在高风速段保持功率平稳输出。随着电力电子技术，现代控制理论和计算机技术的飞速发展，风力发电机组变桨距控制策略也取得了飞速的发展，国外的风力发电变桨距控制研究己经达到了很高的水平，液压型同步变桨距控制策略从PTD控制，发展到滑模变结构控制、LQG控制、模糊控制、神经网控制、最小向量机控制等现代控制策略，电动独立变桨距控制策略从基于周期独立变桨距控制

8、，发展到载荷减缓控制策略，高频谐波控制等，由于风力发电在我国兴起的时间还很短暂，国内科研单位对先进的变桨距控制，尤其是电动独立变桨距的控制策略的研究处在探索屮，--些新的更好的控制策略急需研究出来，从而促进风力发电机组控制技术的长足发展。1.3本文的主要工作第一部分介绍了风力发电变桨距控制