【摘要】：風力發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展對于緩解能源危機、解決環(huán)境污染問題和促進世界經(jīng)濟發(fā)展有重要作用。傳統(tǒng)齒輪傳動風力發(fā)電機組存在齒輪箱故障率高、變流裝置價格昂貴和使用維護費用高等缺點。與齒輪傳動機組相比,直驅(qū)式永磁機組省略了增速齒輪箱,但是仍然需要龐大的變流裝置。液壓風力發(fā)電機組取消了齒輪箱和變流裝置,具有功率密度高、便于實現(xiàn)無級調(diào)速和系統(tǒng)剛度大等優(yōu)點,成為當前風力發(fā)電技術(shù)的研究熱點。由于風能具有隨機性、波動性和間歇性的特點,大規(guī)模風電并網(wǎng)會給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來巨大沖擊,降低電能質(zhì)量,成為制約風電發(fā)展的瓶頸。為此,本文提出將大容量液壓蓄能系統(tǒng)引入液壓風力發(fā)電機組,用來消除風能波動性對電網(wǎng)及電能質(zhì)量的不利影響,實現(xiàn)風能高效蓄存利用和高品質(zhì)電能輸出,對新一代風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展有重要意義。本文針對600kW液壓蓄能式風力發(fā)電機組的技術(shù)參數(shù)和工藝要求,對液壓蓄能式風力發(fā)電機組的總體方案和液壓回路進行了系統(tǒng)的設計。在分析液壓蓄能式風力發(fā)電機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作過程的基礎上,把整個液壓系統(tǒng)分成風能-液壓能蓄存、液壓蓄能發(fā)電和風能發(fā)電與蓄存三個基本液壓回路。推導了機組主要元件的數(shù)學模型,通過分析所建數(shù)學模型與AMESim元件庫的對應關(guān)系,建立了三個基本液壓回路的AMESim仿真模型。針對風能-液壓能蓄存基本回路的轉(zhuǎn)速控制,提出采用風輪轉(zhuǎn)速閉環(huán)和主液壓馬達轉(zhuǎn)速閉環(huán)相結(jié)合的雙閉環(huán)控制方法,該方法解決了在風速波動和蓄能壓力變化條件下風輪轉(zhuǎn)速、主液壓馬達轉(zhuǎn)速和風能蓄存的控制問題;研究揭示了風速和風輪轉(zhuǎn)速階躍信號作用下風輪葉尖速比、風能利用系數(shù)、主液壓馬達轉(zhuǎn)速、蓄能流量等參數(shù)的變化規(guī)律。在液壓蓄能發(fā)電基本回路的轉(zhuǎn)速控制上,進行了PID參數(shù)對馬達轉(zhuǎn)速控制抗負載擾動能力影響規(guī)律的研究,實現(xiàn)馬達轉(zhuǎn)速的精確控制。為了消除液壓系統(tǒng)時變非線性對系統(tǒng)控制性能的影響,提出將神經(jīng)網(wǎng)絡PID用于機組的轉(zhuǎn)速控制。以液壓蓄能發(fā)電基本回路的馬達啟動過程為研究對象,利用建立的AMESim-MATLAB聯(lián)合仿真模型進行了單神經(jīng)元PID控制仿真研究,仿真結(jié)果表明單神經(jīng)元PID控制具有較強的魯棒性與自適應性。為了實現(xiàn)600kW液壓蓄能式風力發(fā)電機組的最大風能吸收利用,針對風輪轉(zhuǎn)速控制的實現(xiàn)方法和影響風輪風能利用系數(shù)的主要因素,提出了基于最佳葉尖速比的最大功率跟蹤控制方法�；谛钅芷髯詣映洹⒎乓禾匦�,提出利用蓄能系統(tǒng)完成風輪吸收功率和發(fā)電機輸出功率的解耦,實現(xiàn)兩者功率差的自動補償,并通過仿真驗證最大功率跟蹤控制方法和功率自動補償?shù)目尚行院陀行�。搭建�?00kW液壓蓄能式風力發(fā)電實驗平臺,提出了針對液壓風力機的風輪啟動方法和流程,成功完成了百千瓦級風能-液壓能轉(zhuǎn)換的外場實驗。通過實驗驗證了所提的液壓風力機風輪啟動方法和風輪、發(fā)電液壓馬達轉(zhuǎn)速控制方法的合理性,為液壓蓄能式風力發(fā)電機組的設計提供理論依據(jù)和指導。
【圖文】：

：17ZD2GA010。 課題研究背景能源是人類社會賴以生存的重要物質(zhì)基礎，它的開發(fā)利用極大地推動了和人類社會的發(fā)展。煤炭、石油和天然氣等石化資源仍然是當今社會的，占目前人類能源總消耗量的 95%以上[1]。截止 2017 年，全球探明石油.697 萬億桶，按照 2017 年石油的生產(chǎn)能力，這只能滿足全世界 50.2 年求。全球天然氣探明儲量為 193.5 萬億立方米，僅夠滿足全世界 52.6 年而全世界探明煤炭儲量也只能滿足世界各國使用 134 年[2]。隨著這些不源的大量消耗，全世界都將面臨能源短缺的危機。伴隨著石化資源消耗的急劇增加，環(huán)境污染問題也凸顯出來。據(jù)歐盟委機構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，，使用石化資源平均發(fā)電每千瓦時就需要排放 696g 二氧的大量二氧化碳正是引起全球變暖和氣候異常的主要原因[3]。據(jù)資料顯 年中國因大量使用石化燃料引起全國部分城市的 PM2.5 指數(shù)急劇上升持續(xù)的嚴重霧霾天氣。自從 1973 年發(fā)生全球石油危機以來，世界各國都

600kW 液壓蓄能式風力發(fā)電機組設計與控制研究求能夠替代石油、煤炭和天然氣等石化燃料的新能源，于是人們把目光轉(zhuǎn)向、太陽能和海洋能等綠色可再生資源[5]。圖 1.1 表示的是 2017 年全世界可再源的裝機容量[6]。2018 年可再生能源全球現(xiàn)狀報告指出 2016 年可再生能源終總能源消費的比例為 10.4%，2017 年底可再生能源發(fā)電量占全球電力生產(chǎn)的比重為 26.5%[6]。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM315

【參考文獻】

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本文編號：2683256