风力发电机组传动链建模仿真研究

当今环境污染严重,能源紧缺,迫使人们不断开发新型能源。风能取之不尽用之不竭,人们开始向风能开发。风力发电就是其中一项非常成功的实例。风力发电对环境无任何污染,而且对土地的占用少。由于我国在风电领域起步较晚,因而和发达国家还有很大的差距。我国风力发电机的变桨距和变速控制以及大型化等先进的技术还不够成熟,大型机组主要以进口为主。我国是一个大国,对能源需求大。因此对风力发电进行深入研究就显得十分重要。风力发电机组是一个非线性多变量的复杂系统,因此风力发电机系统建模是研究风力发电的关键。由于风是多变的,这样风力发电机如何捕获最多的风能以及输出功率的控制等都是必须要解决的问题。本文对风力发电机非线性系统模型的数学模型、最大风能捕获控制及变桨距控制进行了研究。主要内容包括：(1)研究了风力发电机的贝兹理论。通过分析风轮的气流上游和下游能量的变化,确定了风力机从自然风中所获取的能量是有限的。风力机获取能量的多少与叶尖速比和桨距角有关,即风能利用系数。从而得到风轮的气动特性,为后面建立风轮模型做好准备。(2)为了更真实更好的描述自然风的变化,本文将风速分为基本风、阵风、渐变风和随机风四部分,采用组合风速模型。(3)建立风力发电机组非线性系统模型。本文是以最常用的水平轴式风电机为研究对象,通过总结传动链的布置形式的特点建立的模型,使其具有通用性。分别建立风轮、齿轮箱、异步发电机的数学模型,并分别在Matlab/Simulink中建立仿真模型。在不同风况下,对风力发电机组进行了仿真。(4)研究了风力发电机组最大风能捕获控制方法。本文研究了三种最大风能捕获控制策略,通过比较优劣及风力机参数的设置采用叶尖速度比控制方法。采用工业控制常用的PID控制器进行控制,并在Simulink中进行建模仿真。(5)研究风力发电机的变桨距控制。比较了无控制和变桨距控制,可看出其优劣,表明变速变桨距控制更好。本文建立的模型可以应用于控制方法的研究,可以指导风力发电机组的设计。