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学位论文

兆瓦级风力发电机组变桨距控制研究

吕翔宙

指导教师姓名: 刘作军教授河北工业大学
张磊副教授河北工业大学
申请学位级别: 硕士学科、专业名称: 控制科学与工程
论文提交日期: 2011 年 11 月论文答辩日期: 2011 年 12 月
学位授予单位:河北工业大学

答辩委员会主席:
评阅人:

2011 年 12 月
Thesis Submitted to the Academic mittee
Hebei University of Technology
for
The Master Degree of
Control Science and Engineering

STUDY ON MEGA WATT WINDTURBINE PITCH CONTROL

by
Lv Xiangzhou

Supervisor: Prof. Liu Zuojun
Associate Lei

December 2011
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学位论文作者签名: 日期:

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河北工业大学硕士学位论文

兆瓦级风力发电机组变桨距控制研究

摘要

经济增长、人民生活水平的提高与急剧增长的能源消耗是分不开的,大量消耗能源使
不可再生能源的储量越来越少。作为新兴能源的风能,是一种清洁的可再生的能源,风能
的发展越来越受到世界各国的重视。
风力发电机组是实现风能向电能转换的装置,风电控制技术是风力发电的核心,在大
型风力发电机组中普遍采用了变桨距控制技术。变桨距控制技术承担着稳定风电机组输出
功率,减小风电机组载荷等任务,对风电机组运行安全产生直接的影响,其中独立变桨距
控制是目前研究的热点和难点。
论文研究的主要内容是大型风电机组变桨距控制技术,首先建立完整的风电机组数学
模型,同时搭建了风力发电系统的仿真平台。其次分析了变桨距控制技术,在统一变桨距
和独立变桨距的控制效果进行对比中,对各自的优缺点进行研究,得到独立变桨距控制精
度优于统一变桨距的结论。再次论文结合风电机组的实际运行情况,将降低风电机组运行
品质描述为失效运行状态,通过研究风能利用系数和叶片阻力系数的关系,两者基本上呈
线性关系,以此得出一种失效运行的检测方法;论文又对智能控制中的模糊控制算法进行
了研究,将传统的 PID 控制和模糊控制结合改进变桨距控制器,通过仿真说明新的模糊控
制器能够满足控制精度的要求;风电机组由安全运行逐步向失效运行变化过程中,与传统
的 PID 控制相比,采用论文提出的新控制策略在某些方面优于 PID 控制。经过仿真还说明
新控制策略能够使风电机组安全运行,有效降低风电机组载荷。

关键词: 风力发电统一变桨距独立变桨距失效运行模糊控制

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兆瓦级风力发电机组变桨距控制研究
STUDY ON MEGA WATT WINDTURBINE PITCH CONTROL

ABSTRACT

With the growth of economy and development of people’s living standard a