本文關鍵詞： 變槳距風力發(fā)電機 控制器無擾切換 BP-PID控制器 風力發(fā)電機實驗系統(tǒng)　出處：《東北大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：風能作為一種清潔而又取之不盡、用之不竭的能源得到人們廣泛的關注,風力發(fā)電是吸收轉化風能的有效途徑。然而,由于風能的不穩(wěn)定性,必須對風力發(fā)電機控制才能輸出穩(wěn)定的電能,達到并網(wǎng)發(fā)電的條件。變槳距風力發(fā)電機因能通過改變槳距角穩(wěn)定輸出電功率,提高電能質量,增加風力發(fā)電機壽命而成為研究熱點。由于變槳距風力發(fā)電機是一個多學科知識交叉的復雜系統(tǒng),且非線性特性很強、精確模型不容易得到,給風力發(fā)電機控制器的研究帶來很大困難。本文以某型號1.5MW大型風力發(fā)電機為背景,對風力發(fā)電機變槳控制原理進行了分析,將風力發(fā)電機分成四個部分建立數(shù)學模型；并對風速的變化進行了研究,建立風速模型；利用組態(tài)軟件和MATLAB仿真平臺建立了變槳距風力發(fā)電機實驗系統(tǒng),使變槳距風力發(fā)電機控制器的研究成為高校本科自動化專業(yè)的實踐內容之一。本文在分析風力發(fā)電機數(shù)學模型的基礎上,設計了風力發(fā)電機變槳距控制器和實驗系統(tǒng),具體工作如下：(1)變槳距風力發(fā)電機系統(tǒng)是一個非線性被控對象,基于氣動特性分析了額定風速以上時槳距角變化同風速的關系,進行了分段線性化處理,設計了帶前饋的PID控制器,并對控制器的參數(shù)應用遺傳算法進行尋優(yōu)。為了實現(xiàn)控制器無擾切換,設計了控制器的施密特切換策略；為了進一步提高控制精度,使系統(tǒng)動態(tài)性能得到改善,提出了BP-PID控制算法。最后,應用MATLAB仿真軟件對比分析了應用不同方法設計的控制器,仿真結果表明BP-PID控制器魯棒性和抗干擾特性較好。(2)為了將風力發(fā)電機控制器的設計方法能夠應用在本科教學之中,建立了變槳距風力發(fā)電機實驗系統(tǒng),在此系統(tǒng)上可以對風力發(fā)電機變槳距控制器結構和參數(shù)進行調整。通過KingView組態(tài)軟件建立人機交互界面,同時實現(xiàn)和外部控制器通信的功能；應用MATLAB作為數(shù)據(jù)處理后臺,搭建變槳距風力發(fā)電機的數(shù)學模型。通過OPC技術實現(xiàn)前后臺的數(shù)據(jù)通信。兩部分功能組成被控對象在計算機上予以實現(xiàn)。
[Abstract]:Wind energy, as a clean and inexhaustible energy source, has received extensive attention. Wind power generation is an effective way to absorb and convert wind energy. However, because of the instability of wind energy, It is necessary to control the wind turbine in order to output stable electric energy and achieve the condition of grid-connected power generation. Because the variable pitch wind turbine can steadily output electric power by changing the pitch angle of the rotor, it can improve the power quality. Since the variable pitch wind turbine is a complex system with interdisciplinary knowledge and strong nonlinear characteristics, the exact model is not easy to obtain, because of increasing the life of the wind turbine, and increasing the life of the wind turbine, the variable pitch wind turbine is a complex system with cross-disciplinary knowledge. It is very difficult to study the wind turbine controller. In this paper, based on a 1.5MW large-scale wind turbine, the control principle of the wind turbine variable propeller is analyzed, and the mathematical model of the wind turbine is established by dividing the wind turbine into four parts. The variation of wind speed is studied, the wind speed model is established, and the experimental system of variable pitch wind turbine is established by using configuration software and MATLAB simulation platform. The research of variable pitch wind turbine controller has become one of the practical contents of undergraduate automation major in university. On the basis of analyzing the mathematical model of wind turbine, the variable pitch controller and experimental system of wind turbine are designed in this paper. The specific work is as follows: 1) the variable pitch wind turbine system is a nonlinear controlled object. Based on the aerodynamic characteristics, the relationship between the pitch angle change and the wind speed when the wind speed is above the rated wind speed is analyzed, and the piecewise linearization process is carried out. The PID controller with feedforward is designed, and the parameters of the controller are optimized by genetic algorithm. In order to realize the controller switching without disturbance, the Schmitt switching strategy of the controller is designed, and the control precision is further improved. The dynamic performance of the system is improved, and the BP-PID control algorithm is proposed. Finally, the controller designed by different methods is compared and analyzed by using the MATLAB simulation software. The simulation results show that BP-PID controller has good robustness and anti-interference characteristics. In order to apply the design method of wind turbine controller to undergraduate teaching, an experimental system of variable pitch wind turbine generator is established. In this system, the structure and parameters of the variable pitch controller of wind turbine can be adjusted. The man-machine interface is established by KingView configuration software, and the function of communicating with the external controller is realized at the same time. MATLAB is used as the data processing backstage. The mathematical model of variable pitch wind turbine is built. The data communication between front and back is realized by OPC technology.
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM315

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