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硕士学位论文

题目: 大型风电机组变桨技术研究
英文题目: Research on the pitch control strategy of large-scale
wind turbines

姓名高进宝学号 10909014
专业机械电子工程
导师姓名刘雄职称教授
入学日期 2009 年 9 月论文答辩日期 2012 年 5 月
汕头大学硕士论文
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作者签名: 日期: 年月日
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日期: 年月日日期: 年月日

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汕头大学硕士论文
摘要
随着世界化石能源的日益枯竭以及温室效应的日益明显,清洁能源越来越受到世界各国的
关注及重视。在世界各国大力发展的清洁能源当中,风能是具有典型代表意义的一种清洁能源。
随着风力发电技术发展日趋成熟,风力机单机容量越来越大,发电成本也越来越具有市场竞争
力。因此,风力发电在世界主要国家已形成初具规模的新兴产业。
本文首先介绍了风力机空气动力学的基本理论并且描述了几种典型风速的数学模型,并建
立了风力机的叶片、轮毂、齿轮箱及联轴器等中间传动装置的传动控制数学模型。
其次,对变速恒频发电机组运行的工作区域进行划分,并研究各区域的主要控制策略。详
细介绍了外部控制器的设计方法,研究完成了 Bladed 的变速恒频风力发电机组控制器的设计。
研究了模糊控制方法,设计了风力机的模糊 PI 桨距控制器,并在此基础上对模糊 PI 控制算法
与 Bladed 自带的 PI 控制算法进行了仿真对比。
最后,研究分析了独立变桨控制技术的基本控制原理以及数学模型的建立。将独立变桨控
制过程解耦为协同变桨控制过程和偏差变桨控制过程。由于偏差变桨控制系统是一个多输入多
输出线性系统,引入 Park 坐标变换将偏差变桨控制系统解耦为两个单输入单输出线性系统,
实现采用经典控制理论设计出相关控制器。以优化载荷为控制目的,分别设计出 IPC-1P、
IPC-2P、IPC-3P 独立变桨反馈回路。在 Bladed 平台上针对一台 2MW 的风机分别对 IPC-1P、
IPC-12P、IPC-123P 以及统一变桨控制算法进行仿真对比。
关键词风力机; 控制系统;模糊 PI 控制;独立变桨控制
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汕头大学硕士论文
Abstract
With the exhausting of world’s fossil energy and the pressing of greenhouse effect, nowadays
clean energy attracts more and more attention all over the world. Among the various clean energy
sources, wind energy is a very typical one. Today wind power es to mature and the
capacity of single turbine is designed much higher than before. The energy cost of wind power is
also ing more and petitive. Therefore wind power is forming new industries in the
major countries of the world.
Firstly, the basic theories of wind turbine aerodynamics are introduced and the ma