检索结果-内蒙古大学图书馆

针对变桨伺服系统非线性、多变量、数学模型难以建立的特性,本文速度环采用基于BP神经网络的PID控制以满足系统的抗扰性;位置环采用模糊PD控制以满足变桨伺服系统位置快速跟踪且无超调的性能要求。仿真结果表明,电动变桨伺服系统采用以上控制方法,不仅可以保证伺服系统有较强的抗扰性能,同时实现了无超调,响应快,具有良好的动态特性。

关键词：电动变桨伺服系统神经网络模糊控制

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前端调速式风电机组变桨系统智能容错控制研究

前端调速式风电机组变桨系统智能容错控制研究

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作者：付勃兰州交通大学

学位级别：硕士

以液力变距技术为核心的前端调速式新型机组的应用,能有效解决传统风电机组对电网的污染以及安全问题,并提高发电质量。与此同时,风电机组中的电动变桨系统受自身元器件工作年限以及恶劣的工作环境影响,不可避免的会发生故障导致变桨功... 详细信息

以液力变距技术为核心的前端调速式新型机组的应用,能有效解决传统风电机组对电网的污染以及安全问题,并提高发电质量。与此同时,风电机组中的电动变桨系统受自身元器件工作年限以及恶劣的工作环境影响,不可避免的会发生故障导致变桨功能无法顺利完成,从而引起巨额的财产损失。鉴于此,针对电动变桨系统中的易故障部位电流与速度传感器分别进行相关容错控制研究,能够对我国风电事业的发展产生积极有效的作用。本文首先阐述了机组以及电动变桨系统的组成结构,分析异步电机的动态数学模型,研究了基于转子磁链定向的矢量控制电机数学模型,搭建从位置到速度再到电流闭环控制的电动变桨系统模型。根据控制目标的不同,每个闭环选择不同控制调节器,结果验证了所搭建系统模型的可行性。针对变桨过程中常见的电流传感器故障,提出一种基于单电流检测的电动变桨系统变论域模糊智能容错控制方法。该方法利用调制法保证三相电流能在任意两个相邻采样周期内得到及时更新,确保闭环系统稳定。通过自适应阈值故障判断法完成故障相电流传感器的切换及容错。针对调制法引起的重构信号误差及电动变桨系统的主要控制目标,将变论域模糊控制方法应用于速度环,改善系统抗负载扰动能力,提高容错系统鲁棒性。结果表明该容错控制方法使得变桨系统在传感器故障情况下牺牲部分系统性能后依然具有较理想的控制特性,验证了该方法的正确性。针对电动变桨系统中的速度传感器故障,提出一种基于全阶磁链观测器的电动变桨系统容错控制方法。以转子磁链和定子电流作为所设计全阶磁链观测器的输入变量并着重研究反馈增益矩阵。监控传感器运行状态的同时实现故障诊断。当确诊为速度传感器故障,利用磁链观测器估算转速,代替故障速度传感器使得闭环系统依然稳定,最终实现变桨系统速度传感器的容错控制。考虑到电机定子电阻波动会引起转速辨识精度下降,分析并推导了转速与电阻自适应率。结果表明该容错控制可以实现变桨系统容错控制,验证了该方法的正确性。

关键词：前端调速式风电机组电动变桨容错控制传感器故障

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基于模型的风电机组变桨距系统故障预测的研究

基于模型的风电机组变桨距系统故障预测的研究

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作者：连莎莎华北电力大学

学位级别：硕士

随着风电事业的迅猛发展,变桨距风机正在逐步取代定桨距风机,成为风电机组的主流机型。变桨距系统在风电机组中起着至关重要的作用,它根据风速的大小和功率的变化随时对叶片的桨距角进行调节,从而最大化风能转换、稳定风电机组的功率;... 详细信息

随着风电事业的迅猛发展,变桨距风机正在逐步取代定桨距风机,成为风电机组的主流机型。变桨距系统在风电机组中起着至关重要的作用,它根据风速的大小和功率的变化随时对叶片的桨距角进行调节,从而最大化风能转换、稳定风电机组的功率;与此同时,变桨距系统的频繁微调也加剧了它的磨损和老化,相对于风电机组的其它部件,变桨距系统发生故障的可能性大大增加;而且,变桨距系统安装在距离地面几十米高的轮毂内,内部空间十分狭小,从而使得变桨距系统的维修、维护非常困难,加大了人力、物力等的投入成本;更重要的是,若不能及时发现变桨距系统的故障并采取合理的措施进行处理,将有可能引发整个风力发电机组发生灾难性的事故,故对其进行故障预测的研究对延长风机安全稳定运行时间和减少风电场运行维修费用具有重要意义。本文提出了基于模型的故障预测方法对风机的电动和液压变桨距系统进行故障预测:(1)基于模型的风机电动变桨距系统故障预测。首先根据电动变桨距系统的控制过程及其结构建立了能反映其动态特性的数学模型,随之,建立了风机其它关键部件的数学模型以构成用于电动变桨距系统故障预测的闭环系统的数学模型,并使之与实际风机系统并行运行,形成残差;随后采用残差的均方根(RMS)作为残差估计函数对残差进行处理,提取故障特征,将由噪声、扰动等因素引起的残差变化的最大值作为故障预测的阈值,并考虑系统的延迟和误警率,实现了电动变桨距机构的故障预测。(2)采用结合自适应阈值的基于模型的故障预测方法对风机液压变桨距系统进行故障预测。液压变桨距系统的工作原理完全不同于电动变桨距系统,而且结构更为复杂。本文建立了能体现液压变桨距系统实际动态特性的数学模型,并使之与根据故障建模理论建立的系统的故障模型并行运行,随后采用自适应阈值对其进行故障预测。自适应阈值的采用减小了模型误差及外界环境因素对风电机组液压变桨距系统故障预测的干扰,提高了预测结果的准确性。在MATLAB实验平台上,通过编程实现了以上算法,分别对电动变桨距系统、桨距角传感器、电液比例方向阀和液压缸的故障预测进行了仿真验证,并取得了比较好的仿真结果,表明了所提方法的正确性和有效性。

关键词：电动变桨液压变桨模型故障预测残差的均方根自适应阈值

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用于电动变桨的永磁同步电机驱动器的研究

用于电动变桨的永磁同步电机驱动器的研究

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作者：刘闯上海交通大学

学位级别：硕士

变桨距、大容量是风力发电机组的发展趋势。电动变桨系统不存在液压变桨系统的漏油问题,且即使一个桨叶驱动失效,也可以将另外两个桨叶驱动到顺桨位置,安全性高。因此,现在的风力发电机组大都采用电动变桨系统。电动变桨系统由变桨控制... 详细信息

变桨距、大容量是风力发电机组的发展趋势。电动变桨系统不存在液压变桨系统的漏油问题,且即使一个桨叶驱动失效,也可以将另外两个桨叶驱动到顺桨位置,安全性高。因此,现在的风力发电机组大都采用电动变桨系统。电动变桨系统由变桨控制器、伺服驱动器和备用电源三部分组成,可根据风机主控制器指令对桨距角进行调节。电动变桨的执行机构采用永磁同步电机对每个桨叶进行单独控制,其结构紧凑、可靠、可独立变桨。对永磁同步电机的数学模型进行了研究,分析了矢量控制的方法及实现方式。分析研究了永磁同步电机无传感的转速和位置估计方法及其适用条件和优缺点。电机转子的初始位置估计选择了基于饱和电感效应的方法;结合采用的SVPWM,选择了短路时测量三相电流的方法估计转速和位置信息。研究了永磁同步电机驱动器的控制策略,选择了直轴电流为零和弱磁控制的混合控制方式。为了提高电机的速度响应,采用速度和电流双环控制策略;为避免在变桨的过程中增加桨叶的震荡,通过在速度和电流调节器中增加微分负反馈环节,使得启动和制动过程无超调;在基速以上运行,永磁同步电机需要控制直轴电流去磁,采用弱磁控制。对控制策略进行了仿真研究。运用空气动力学分析了风力发电机变桨过程中所需要的力矩,由此确定了永磁同步电机的参数;基于实时仿真软件Psim建立了永磁同步电机驱动器的模型,研究验证了所提出的控制策略性能。

关键词：电动变桨永磁同步电机伺服驱动器无传感估计弱磁控制

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基于直接转矩控制的电动变桨距系统研究

基于直接转矩控制的电动变桨距系统研究

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作者：王翔兰州交通大学

学位级别：硕士

风能作为世界上最具增长潜力的新型能源,是可再生、无污染、能量大、前景广的能源,大力发展清洁能源已经成为世界各国可持续发展的战略选择,因此世界各国能源技术领域研究的热点之一就是可靠并且高效的风力发电系统。大型风力发电机组... 详细信息

风能作为世界上最具增长潜力的新型能源,是可再生、无污染、能量大、前景广的能源,大力发展清洁能源已经成为世界各国可持续发展的战略选择,因此世界各国能源技术领域研究的热点之一就是可靠并且高效的风力发电系统。大型风力发电机组的变桨距控制技术作为风力发电机组的关键技术之一,对其的研究具有非常重大的意义。鉴于此,本论文针对国产兆瓦级风力发电机组,深入研究了电动变桨控制技术。本论文首先研究了空气动力学基础理论以及变桨距控制的基本规律,并根据其研究了电动变桨距系统的基本控制结构以及基本控制策略,选取交流异步电动机作为变桨伺服系统的执行电机。其次研究了直接转矩控制的基本原理,并运用直接转矩控制原理,通过对异步电机数学模型的研究,在定子磁链定向的条件下建立其数学模型。利用定子.磁链定向直接转矩控制技术设计了电动变桨伺服系统转矩环、速度环、位置环的三闭环控制方案。基于变桨距系统的三闭环控制方案,使用直接转矩控制方法建立变桨伺服系统的数学模型并进行了仿真研究。本设计中变桨系统的速度环采用模糊PI控制器,原因是在风力的影响下变桨系统的负载转矩并不恒定,而且工程要求系统需要有较强的抗干扰能力。变桨系统的位置环采用模糊PD控制器,原因是工程要求桨叶位置必须快速、准确而且无超调的跟踪上系统所要求的给定位置。从仿真结果中可以看出,使用模糊PI控制器的速度调节器不仅能消除系统参数变化的影响,还能有效地抑制外界干扰和环境变化；使用模糊PD控制器的位置环调节器,能够使桨距角及时跟踪上系统的给定位置,达到其要求的性能指标。在研究了电动变桨伺服控制结构的基础上,建立了风力发电机组的统一功率控制仿真模型,把电动变桨伺服系统合并到风力发电机组系统模型中进行了仿真研究,仿真出了发电机功率和桨距角变化曲线。从仿真结果中可以看出,风机在高于额定风速的情况下,基于直接转矩控制的变桨伺服系统可以随着风速变化实时调节桨距角,以达到使风力发电机输出功率恒定的目的,验证了本文所设计的电动变桨系统的可靠性。

关键词：电动变桨伺服控制直接转矩控制模糊控制

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电动变桨的自适应控制研究

电动变桨的自适应控制研究

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作者：孙传华兰州交通大学

学位级别：硕士

风能是清洁、可再生、蕴藏量大的新型能源,其稳定的发电能力可以在短时间内得以规模化和商业化开发,是世界最具增长潜力的新型能源。所以高效而可靠的风力发电系统的研究与开发已成为世界各国能源技术领域研究的热点。变桨距控制技术是... 详细信息

风能是清洁、可再生、蕴藏量大的新型能源,其稳定的发电能力可以在短时间内得以规模化和商业化开发,是世界最具增长潜力的新型能源。所以高效而可靠的风力发电系统的研究与开发已成为世界各国能源技术领域研究的热点。变桨距控制技术是风力发电系统的关键技术之一,尤其是对大型风力发电机组的变桨距控制技术研究具有十分重要的现实意义。本文以国产兆瓦级风力发电机组为背景,对电动变桨控制系统进行了深入的研究。本文从空气动力学基础理论入手,分析研究了变桨距控制的基本规律,讨论了电动变桨距系统的基本控制结构。根据课题要求在电动变桨伺服系统中选取交流异步电机作为执行电机。通过对异步电机多变量、非线性、强耦合数学模型的分析,应用矢量控制原理,在转子磁链定向的条件下简化了异步电机的数学模型。应用转子磁链定向间接矢量控制技术设计了位置、速度、电流三闭环控制的电动变桨伺服系统控制方案。在变桨伺服系统三闭环控制方案的基础上,针对电动变桨伺服控制系统数学模型难以建立的特性,提出了自适应控制方法并进行了仿真实验。由于变桨伺服系统所受到的负载转矩是不恒定的,所以要求变桨系统有很强的抗干扰能力,因此本设计中变桨系统的速度环采用模型参考自适应控制；由于在实际工程中,要求变桨系统的位置输出能够快速、准确而且无超调的跟踪上给定位置,所以变桨系统的位置环采用模糊自适应控制。仿真结果表明,速度环采用模型参考自适应控制不但能抑制外界干扰、环境变化,而且能消除系统本身参数变化的影响；位置环采用模糊PD自适应控制器,可以根据系统需要在线实时校正PD参数,保证控制效果达到系统所要求的性能指标。在对变桨伺服控制系统进行研究设计的基础上,对风力发电机组统一功率控制进行了研究。将电动变桨自适应控制伺服系统引入风力发电机组的整机系统模型中,对发电机输出功率调节器进行研究设计。由于风电机组变桨距系统具有非线性、多变量的特性,本文采用神经网络自适应功率调节器。应用Matlab软件建立了风力发电机组统一功率自适应控制仿真模型,模拟风速高于额定风速时的风机运行情况。仿真结果表明,在发电机组统一功率控制中采用神经网络自适应控制器,可以保证实际输出功率稳定的保持在额定功率附近。、

关键词：电动变桨伺服控制矢量控制自适应控制

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兆瓦级风力发电机组电动变桨距控制策略的研究

兆瓦级风力发电机组电动变桨距控制策略的研究

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作者：曹野沈阳工业大学

学位级别：硕士

变桨距系统是风力发电机组当中重要的组成部分,其性能的好坏对风力发电机组的安全性、使用寿命,电能质量产生重大的影响。变桨距系统按其结构形式可以分为液压变桨系统和电动变桨系统。电动变桨系统以其可靠性高,响应速度快,易于维护等... 详细信息

变桨距系统是风力发电机组当中重要的组成部分,其性能的好坏对风力发电机组的安全性、使用寿命,电能质量产生重大的影响。变桨距系统按其结构形式可以分为液压变桨系统和电动变桨系统。电动变桨系统以其可靠性高,响应速度快,易于维护等优点,正逐步取代液压变桨系统而成为国内外风力发电市场的主流机型。本文主要针对电动变桨系统展开深入的研究。目前,风力发电系统普遍采用统一变桨的运行方式,如何保证三个变桨叶片的同步运行就成为电动变桨系统当中需要解决的问题。本文在传统变桨伺服系统中引入了偏差耦合控制算法和模糊PID控制算法。偏差耦合控制算法用来解决三个变桨伺服电机的同步运行问题,特点是在对每一轴单独实施变桨控制的同时附加考虑其他两个轴的运行状态,保证三个变桨电机同步运行。模糊PID控制算法通过在线修改PID的比例、积分、微分系数,使系统获得了较强的自适应能力和良好的动态特性。对变桨伺服系统进行MATLAB仿真,包括稳态、载荷突变状态、速度给定跳变状态,仿真结果表明三个变桨系统具有良好的同步运行特性,当任意一轴的伺服电机转速发生改变时,其它两轴的伺服电机转速跟随其发生变化。在此基础上,结合实验室现有的实验条件,设计了一套变桨同步实验平台。通过实验,进一步证实了该控制策略的可行性。在解决了变桨同步运行的问题后,如何控制电动变桨系统改善整个风力发电机组的运行特性就成为有待解决的另一个问题。就整个风力发电机组而言,它是一个多变量、非线性、强耦合的系统,因此很难建立一个精确的数学模型来实施有效的控制。在主控系统当中引入单神经元PID控制算法有效解决了这一问题。控制器的输入为风机额定功率和实际输出功率的偏差,输出为桨距角命令值,由此构成一个闭环的系统。用MATLAB软件对渐变风和随机风两种工况进行仿真,通过对桨距角、风力机输出功率等仿真结果进行分析,表明单神经元控制算法可以使机组获得良好的运行特性。

关键词：电动变桨模糊PID 偏差耦合控制单神经元PID

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基于TMS320F2812的电动变桨控制器设计研究

基于TMS320F2812的电动变桨控制器设计研究

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作者：潘冬宁兰州交通大学

学位级别：硕士

目前,对风能资源的充分利用已经受到了世界各国的重视,高效而可靠的风力发电系统的研究与开发已经成为能源技术领域的热点。大型风电机组多采用变桨距调节技术,而电动变桨伺服控制系统技术以其结构清晰、控制精度高、响应速度快等优点... 详细信息

目前,对风能资源的充分利用已经受到了世界各国的重视,高效而可靠的风力发电系统的研究与开发已经成为能源技术领域的热点。大型风电机组多采用变桨距调节技术,而电动变桨伺服控制系统技术以其结构清晰、控制精度高、响应速度快等优点成为变桨距调节技术的发展趋势。本文针对兆瓦级风电机组电动变桨伺服系统的功能要求,对电动变桨控制器进行了研究与设计。首先,本文介绍了风力发电机组变桨系统的基本原理,在对电动变桨伺服系统结构进行分析的基础上,选择了交流异步电机作为电动变桨伺服系统的驱动部件,IPM(智能功率模块)作为伺服驱动器逆变部分的功率器件。其次,根据电动变桨控制器的功能需求,设计了变桨控制器,以TMS320F2812作为控制器的核心处理器,主要完成变桨控制策略以及电机的位置、速度、电流三闭环控制,以FPGA作为协处理器,用于复杂的逻辑控制、各种数字信号的预处理、模数转换的控制等,并通过FPGA架构了TMS320F2812的外围电路,减少了分立元件的应用,提高了系统的可靠性。TMS320F2812与FPGA协同控制,完全可以满足系统对实时性和可靠性的要求。以16位精度ADS8365作为系统的模数转换器,可以满足系统对高精度的要求。最终根据电磁兼容性设计要求,绘制了控制板的PCB,并请PCB加工厂商制作了实物,方便后续实验测试以及进一步研究应用。采用模块化的设计思想,进行了系统的软件设计,给出了基于DSP的软件设计和基于FPGA的软件设计,两者协同作用,优势互补,共同完成变桨控制器的功能。最后,对设计的变桨控制器进行了相关的仿真及测试,变桨控制器可以通过CAN总线与上位机通讯,接收上位机的相关指令,完成变桨功能,并能向上位机反馈实时的状态信息。测试结果表明,此变桨控制器性能良好,功能完善,具有较高的准确性和稳定性。

关键词：电动变桨变桨控制器 TMS320F2812 FPGA

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