小型风力发电机研究意义

　　小型风力发电机是指小于10KW的风力发电机。小型风力发电机在我国无电、缺电地区作为离网型电源被广泛应用。水平轴风力发电机偏航系统分为两种:被动偏航系统和主动偏航系统。被动偏航系统是一种机械式不可控的自由对风方式,偏航力矩小,对风频繁,对风不稳定且精度不高。主动偏航是一种电动或液动的可控对风方式,偏航控制器通过釆集风信息来做出偏航决策,具有高度的灵活性和可控性,对风准确稳定。本文针对小型风力发电机,研制了一种主动偏航系统,研宄主要从机械结构和控制系统两方面展幵,主要研宄内容如下:

　　(1)分析研究了风能特性、标准风况、极端风况以及风况预测。针对小型风力发电机主动偏航系统,用Simulink/Matlab建立了风力机、风速和风向模型并仿真,探讨了风速和风向对风力发电机输出功率的影响。风机偏航实质是捕获最大风能。

　　(2)从控制技术出发,分析了目前四种主要类型的风力发电机,重点分析研宄了主动偏航系统和被动偏航两种偏航系统的工作原理、机械结构及其优缺点。设计了一种适用于小型风力发电的主动偏航机构,该机构简单可靠。设计中采用具有自锁功能的蜗轮蜗杆,省去了偏航制动装置,简化了偏航机构,降低了制造成本。

　　(3)提出了新的偏航控制算法,设计了基于模糊控制的主动偏航控制系统。采用高频率测风、低频率控制的策略,在控制周期内计算主导风向,提ft对风精度。通过综合偏航角度计算,将风力发电系统的多个变量转化为模糊控制器的双输入变量。模糊控制器解决了主动偏航系统非线性问题。

　　(4)设计了基于AT89S52单片机的主动偏航控制系统硬件电路。主要包括数据采集电路、H桥偏航电机控制电路、人工偏航遥控电路和串行接口电路。本文研制了风向风速传感器,并搭建了主动偏航实验系统,编写了主动偏航程序,在LabView8.5软件平台上完成了系统性能测试。实验验证了研制的主动偏航系统及控制方法的有效性。