文档介绍：中图分类号: 论文编号:1028703 12-S088
学科分类号:081105
硕士学位论文
兆瓦级风电机组变桨距
控制技术研究
研究生姓名周波
学科、专业导航、制导与控制
研究方向风电控制技术
指导教师龚华军教授
南京航空航天大学
研究生院自动化学院
二О一二年一月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Automation Engineering
Research on the Technology of Pitch-control
for MW-Classic Wind Turbine
A Thesis in
Navigation,Guidance and Control
by
Zhou Bo
Advised by
Prof. Gong Huajun
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
January, 2012
承诺书
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行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致
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(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
燃烧化石能源而造成的环境污染问题日益严峻,为了实现可持续发展,我国正在大力发展
可再生能源。风能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,受到了人们的亲睐,我国的风电
产业也得到了快速的发展。风电产业的核心是风电技术。本文以国产的兆瓦级风电机组
HTWY-1500 为研究对象,对风力机变桨距控制技术进行了深入的研究。
首先,本文基于风力机桨叶的空气动力学特性,对变桨距的原理进行了描述与分析,对风
和风力机的各组成部分进行建模分析。
其次,针对桨距角变化对于功率控制的非线性,提出了一种基于增益调度的 PID 变桨控制
策略。增益调度控制策略提供了一套控制参数的更新机制,根据变桨角度对 PID 控制器的增益
进行更新,使输出功率稳定在额定功率附近。仿真研究表明,与传统 PID 控制策略相比,采用
带增益调度 PID 控制策略的输出功率更稳定,功率超调量更小,鲁棒性更强。
再次,为了减小风轮叶片上的不平衡载荷,分别采用了方位角反馈和载荷反馈两种独立变
桨距控制策略,并进行了仿真研究。分析了由于风切变和塔影效应对风速分布的影响,并通过
仿真验证了只采用集中变桨控制对风力机输出功率和桨叶弯矩产生的影响,讨论了叶片产生不
平衡负载的原因及其危害,建立了风轮二维平面内的风速分布。基于方位角反馈的独立变桨策
略根据风轮叶片所处的方位进行风速预估来改变桨距角;基于载荷反馈的独立变桨策略则根据
叶片弯矩与平均计算模型的差值大小来实时调整桨距角。通过仿真结果表明,两种策略都能够
有效的减小叶片的不平衡载荷,尤其是基于载荷反馈的独立变桨距控制具有更好的效果,并且
在减小风轮的俯仰载荷和偏航载荷方面作用明显,且抵御随机风速的能力更强。
最后,根据两种独立变桨距控制策略分别编写 DLL 控制器,采用 Bladed 软件进行仿真验
证,得出所设计的控制策略能满足控制系统要求,从而验证了本文提出的理论及方法是可行及
有效的。
关键词:风电机组,集中变桨,独立变桨,方位角反馈,载荷反馈
I
兆瓦级风电机组变桨距控制技术研究
ABSTRACT
At present, our country strives to develop the renewable energy sources for the sustainable
development because of the severe environmental problems occasioned by burning fossil ene