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《變槳距風力發(fā)電機組的槳距控制與仿真畢業(yè)論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、風電機組調節(jié)與控制課程設計課題名稱:變槳距風力發(fā)電機組的槳距控制與仿真學院專業(yè)班級學號姓名一、風力機簡介風力機，將風能轉換為機械功的動力機械，又稱風車。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質的熱能利用發(fā)動機。許多世紀以來，它同水力機械一樣，作為動力源替代人力、畜力，對生產(chǎn)力的發(fā)展發(fā)揮過重要作用。近代機電動力的廣泛應用以及20世紀50年代中東油田的發(fā)現(xiàn)，使風力機的發(fā)展緩慢下來。70年代初期，由于“石油危機”，出現(xiàn)了能源緊張的問題，人們認識到常規(guī)礦物能源供應的不穩(wěn)定性和有限性，于是尋求清潔的可再生能源遂成為現(xiàn)代世界的一個重要課題。風能作為可再生的、無污染的自然能源又重新引
2、起了人們重視。二、變槳距風力發(fā)電機組的槳距控制與仿真變速恒頻風力發(fā)電機組與失速型風力發(fā)電機組相比，其中一個很大的優(yōu)點是額定風速以上輸出功率平穩(wěn)。變速恒頻風力發(fā)電機組運行在額定風速以上時，既要使額定功率點以上輸出功率平穩(wěn)，避免波動，又要使發(fā)電機組傳動系統(tǒng)具有良好的柔性，同時還要考慮對風電機組實現(xiàn)有效保護。變槳距控制技術是在風速過高時，通過調整槳葉節(jié)距，改變氣流對葉片功角，從而改變風電機組獲得的空氣動力轉距，使機組功率輸出保持穩(wěn)定。本控制策略采用了功率反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)變速恒頻機組額定風速以上的控制目標。變槳距機構介紹變槳距執(zhí)行機構是由機械和液壓系統(tǒng)組成，它沿著風機的縱向軸調
3、節(jié)風機的槳葉。因為槳葉的慣量很大，且變槳距執(zhí)行機構不應該消耗大量的功率，所以執(zhí)行機構具有的限制能力，其動態(tài)特性是在槳距角和槳距速率上均具有飽和限制的非線性動態(tài)，當槳距角和槳距速率小于飽和限度時，槳距動態(tài)呈線性本文以12m/s風速作為額定風速，根據(jù)低于額定風速時的轉速控制和高于額定風速時的功率控制，分別建立變速風力發(fā)電機組在低于及高于額定風速下的SIMULINK仿真模型，研究兩種情況下轉矩控制器和槳距角控制器的控制效果。三、變槳距風力發(fā)電機組的控制策略（1）變速恒頻風力發(fā)電機組變槳距控制策略在風速給定的情況下，風輪獲得的功率將取決于功率系數(shù)。選用經(jīng)驗公式描述風力發(fā)電機組的特性，P
4、m=12πρR2v3Cpi由式(i)，如果在任何風速下，風力發(fā)電機組都能運行在Cp點，就能最大化地捕獲風能；也就是說，在任何風速下，只要使得風輪的葉尖速比為λopt，就可維持風力發(fā)電機組工作在最大捕風效率下。因此，風速變化時，只要調節(jié)風輪轉速，使其葉尖速度與風速之比保持不變，葉尖速比維持在λopt，就可獲得最佳的功率系數(shù)和捕獲效率。這就是變速恒頻風力發(fā)電機組在低風速時轉速控制的基本目標，即所謂的“速度跟蹤”。從理論上來說，只要風速無限大，輸出功率是無限的。但實際上，由于機械強度和其他物理性能的限制，輸出功率是有限度的，超過這個限度，風力發(fā)電機組將不能正常工作。因此，變速恒頻風力
5、發(fā)電機組受到兩個基本限制：一是速度限制，所有的旋轉部件的機械強度制約風輪的轉速；二是功率限制，所有電路及電力電子器件制約風輪捕獲風能轉化產(chǎn)生的電功率。這兩個限制，也就是變速恒頻風力發(fā)電機組在高風速時功率控制的基本目標。理性穩(wěn)態(tài)運行下，在低風速時，風力發(fā)電機組應運行在最大功率系數(shù)Cpmax點，對應風輪葉尖速比為λopt，槳距角保持在β=1°。這個過程可以通過速度控制器實現(xiàn)，直到隨著風速的增加，風力發(fā)電機組達到額定轉速。在此之后，若風速持續(xù)增加，那么風力發(fā)電機組應工作在額定轉速下，槳距角仍保持在β=1°直到發(fā)電機組達到額定功率。此時的風速可以認為是額定風速。當風速繼續(xù)增大，超過了額
6、定風速，根據(jù)前述風力發(fā)電機組特性曲線，則應該調節(jié)槳距角β，使得風力發(fā)電機組工作在額定功率下。圖1顯示了風力發(fā)電機組理想運行下，隨著風速的增加，風力發(fā)電機組功率、轉矩、轉速、功率系數(shù)Cp、尖速比λ，槳距角β的變化趨勢。圖1風力發(fā)電機組的理想運行曲線圖1中所示的風力發(fā)電機組的理想運行點，可以通過機組的參數(shù)以及經(jīng)驗公式確定。這些運行點將作為控制器的參考信號，在整個風速范圍內(nèi)，對風力發(fā)電機組進行正確的控制。這主要分兩個部分實現(xiàn)：在額定風速以下時，調節(jié)發(fā)電機轉矩使轉速跟隨風速變化，以獲得最佳葉尖速比；在高于額定風速時，通過變槳距系統(tǒng)改變槳距角來限制風力發(fā)電機組獲取能量，使機組保持在額定功
7、率下發(fā)電。（2）低于額定風速的轉速控制風力發(fā)電機組在額定風速以下的運行可以不受功率限制。在這一運行區(qū)域，風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)通過對轉速的控制來維持最佳功率系數(shù)Cpmax以最大化捕獲風能。通常通過控制發(fā)電機的轉矩來實現(xiàn)對轉速的控制。本文采用PI控制器作為轉速控制器控制發(fā)電機的轉矩。PI轉速控制器的控制框圖如圖2所示?？刂破鞯膮⒖夹盘枮椋害豶ef=λoptvRii圖2轉速控制器框圖（3）高于額定風速時的功率控制在這一運行區(qū)域，變速恒頻風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)主要是通過調節(jié)槳距角改變風力機的功率系數(shù)
