参与电网调频的风电机组线性变参数变桨控制策略

风电机组参与调频时其输出功率的调整将改变风电机组变桨动作的风速范围,同时由于桨距角调节气动功率的灵敏度随风况变化,使得传统PI变桨控制难以适用于风电机组参与调频时的复杂工况,出现风电机组转速振荡问题。提出一种基于线性变参数(Linear Parameter Varying, LPV)系统的风电机组变桨控制方法,对风电机组模型进行线性化,根据风速和桨距角的变化范围进行凸分解,得到其具有四面体结构的LPV模型,通过求解不同平衡点处的线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality, LMI)设计出相应的变桨控制器。仿真结果表明:与传统PI变桨控制相比,LPV变桨控制能有效减小转速的波动,降低低速轴载荷以及减小桨距角的波动程度,验证了该控制策略的有效性和先进性。     

基于LMI的5MW海上风力发电机组载荷控制技术研究

当风速大于额定风速时,通过调节桨距角可以限制输入气动功率和风轮转速,使等效在低速轴上的发电机转速更好地跟踪风轮转速,从而减小低速轴扭矩,实现风机叶片、塔筒和传动链的动态载荷控制。文章基于线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)设计多目标鲁棒H_∞/H_2状态反馈变桨距控制器。设计变桨距控制器时充分考虑了海上机组的运行环境,分析了海浪对机组产生的影响,控制目标选取机组的功率和机组的关键部位疲劳载荷,在保证功率稳定输出、减小功率波动同时,减小机组载荷。使用MATLAB和FAST软件进行联合仿真,仿真结果表明新型控制策略可以有效平稳风电机组输出功率并降低机组载荷,实现了优化H_∞/H_2鲁棒控制性能。     

基于功率灵敏度因子的风力机变速变桨距控制研究

针对大型变速变桨风力机在高风速区的气动性能随桨距角变化而改变的特性,文章提出了一种功率-桨距角变化的灵敏度控制策略。通过设计功率灵敏度因子调节PID变桨距控制器,建立输出功率偏差与风轮转速偏差的闭环系统。将提出的策略应用到某5 MW风机的参数模型中,利用MATLAB平台进行仿真验证。结果表明,提出的控制策略抑制了高风速区的扰动风速对系统的影响,使输出功率和风轮转速保持在额定值附近且波动很小,提高了系统的动态性能和稳态性能,同时提高了发电质量,并为风电机组并网需求奠定了理论基础。     

基于泛模型的风轮不平衡载荷控制

针对大型变速变桨风电机组风轮的非线性特征和难以建立精确模型的问题,设计了一种基于泛模型的风轮不平衡载荷自适应控制器。根据传感器测量的叶根载荷,对3个叶片进行独立变桨控制,通过3个叶片的桨距角差异来减小风轮的不平衡载荷。在此基础上,以双馈变速变桨机组为对象,通过仿真对该控制器进行了测试,结果表明该方法用于减小风轮的不平衡载荷是可行且有效的。     

基于改进共轭梯度优化BP神经网络的风电机组变桨距控制

根据共轭梯度算法和传统BP神经网络的变桨距控制器的原理,针对兆瓦级风电机组变桨距控制设计了一种改进共轭梯度优化BP神经网络的变桨距PID参数自整定控制器,此控制器采用改进共轭梯度法修正BP神经网络的权值和阈值,实现BP神经网络变桨距PID控制器的在线整定。在Matlab/Simulink中仿真,仿真结果表明,采用此变桨距控制器可以在额定风速之上快速响应,在相同风速状况下使发电机桨距角调节命令更加准确,风轮转速更加平稳,输出功率维持在额定功率附近,取得了很好的变桨距控制效果。     

减小风力机1P气动载荷和3P气动转矩脉动的独立变桨距控制策略研究

为研究风切变和塔影效应对三叶片风力机气动载荷、气动转矩以及输出功率的影响,根据风切变和塔影效应的风速模型,引入等效风速模型,推导分析风力机1P(P为风轮旋转频率)气动载荷和3P气动转矩脉动的形成机理,并基于GH Bladed仿真平台验证这2种脉动的存在性。为减小这2种脉动对风力机产生的影响,基于变桨控制,设计带通滤波器过滤出风力机输出功率的3P脉动分量,并结合方位角信号将其转换为每支叶片的桨距角调节信号,与统一变桨控制的桨距角参考信号叠加,实现基于输出功率和方位角联合反馈的独立变桨距控制。仿真结果表明,所提独立变桨距控制策略不仅能有效缓解风力机1P叶根挥舞载荷脉动,还能明显减小气动转矩和输出功率的3P分量,从而在减小风轮疲劳载荷的同时提高风电机组输出电能质量。     

基于变桨系统故障的多部件条件维修策略优化

正变桨系统是风电机组的重要组成部分,它可以通过控制桨距角来控制风轮转速,从而达到恒定输出功率的目的。此外,还可以通过收桨动作使风电机组以空气动力制动的方式安全停机,从而保证了风电机组在不同风况下的安全运行。目前,电动变桨技术以其性能优良,维护方便,环保等诸多方面优点而逐渐取代液压变桨,但是运行过程中诸多故障的出现也不容忽视。变桨系统中电气滑环主要作用是实现轮毂与机舱之间电能和控制信号的传递。变桨中央控制箱与机舱控制柜的连接通过滑环实现,进而执行对轮毂内的轴控箱的控制工作。此外,风电机组机舱与变桨之间用于数据交换的     

基于SCADA系统的风电变桨故障预测方法研究

风电机组变桨系统故障是目前造成机组停机的第一原因。文章对未来30 min的风电机组变桨故障进行预测,通过分析变桨系统潜在故障,制定维护保养计划;针对兆瓦级风电机组,分析SCADA系统的数据,提取变桨距系统故障特征;从风速、风向、桨距角和电机转速的输入、输出关系出发,应用多元线性回归分析和BP神经网络分别对变桨系统进行模型训练,对比两种算法的预测能力。通过分析故障预测模型性能指标、误差指标和输出数据图形可知,BP神经网络在风电变桨系统中的故障预测效果优于多元线性回归预测。     

基于改进最小方差法的风电机组变桨距控制

针对额定风速以上风电机组变桨距控制问题,提出了一种基于改进最小方差法的风电机组变桨距控制策略。该方法将延长预测步长思想,时变砺设计和柔化控制作用相结合,能够在突变过程初期,限制控制幅度,在控制后期能够加快收敛速度。同时与递推最小二乘辨识方法结合,用于额定风速以上风电机组变桨距控制系统。通过算例仿真表明,与传统的最小方差控制和PI控制方法相比,该方法能够使得系统响应迅速,在额定风速以上快速改变桨距角,保证了风电机组恒功率输出运行。     

基于SCADA系统的某风电场MW级风电机组快速故障诊断与控制策略优化

针对某风电场MW级风电机组在运行过程中出现的故障,基于SCADA系统的故障记录与运行缓存(Buffer)数据进行分析,明确各台风电机组的故障原因。在出现这些故障的原因中,有2台风电机组是由于低电压穿越变桨控制策略存在缺陷而引起的风轮转速超速,基于风电机组动力学与变桨控制理论,针对该问题提出低电压穿越变桨控制策略优化方案,并采用PLC编程平台Automation Studio实现该控制策略优化方案。将该控制策略优化方案的程序上传至风电机组的PLC控制器,可成功加快风电机组低电压穿越过程中的变桨速率,解决由此导致的风电机组风轮转速超速问题。     

基于SCADA系统的大型直驱式风电机组机舱振动分析

选取某2 MW直驱式风电机组对其机舱振动进行分析。基于风电场数据采集与监视控制系统(SCADA)提取机舱振动数据及其他运行状态参数,利用有限元仿真方法获得塔架模态频率及其相应振型。分析风速、风轮转速、变桨距和偏航动作等对振动的影响,进行基于离差平方和法(Ward)的振动聚类分析。结果表明:风轮转速由当前风速及前一段时间风速均值决定,与某一风速对应的转速在一定范围内取值;风电机组振动极大值出现在风轮运行频率与塔架固有频率接近时;对状态参数归类后,振动具有各类特征。     

基于5MW风机模型的变初值模糊PI变桨控制技术研究

针对传统PID变桨控制器参数自调整性能较差,适应性不强的问题,文章提出了风电机组变初值模糊PI变桨控制算法。通过模糊控制算法实现了PI参数的自动调节,根据风速大小设计了合理的变初值调整算法,实现了模糊控制器初值的在线调节。基于FAST风机软件中5 MW陆上风电机组非线性模型,分析了风电机组在额定风速以上运行时变桨系统的动态特性,从算法结构出发,设计了合适的模糊规则和量化、比例因子以及变初值调整算法,在Matlab/Simulink中搭建了变初值模糊PI变桨控制策略。通过仿真验证了控制策略在抑制转速波动和风机叶片、塔基受力力矩波动方面具有较好的效果。     

新型变桨风力机关键部件载荷特性试验研究

以新型变桨距风力机为研究对象,针对其独特的变桨调节机构,通过风洞试验的方法,采用IMC载荷测试系统,对其关键部件进行载荷测试。试验结果显示：随着桨距角增大,叶根所受弯矩降低,但叶根挥舞弯矩较摆振弯矩减小更明显;塔筒俯仰方向的受力大于侧弯方向,当风轮转速约为243.5 r/min时,塔筒侧弯受力出现突增;不同桨距角下,变桨调节机构的齿条与齿条同步盘测点载荷大小随风速变化趋势一致,但随着桨距角的增加,表现为先增加后减小再增加的趋势。     

基于单神经元权系数的风电机组独立变桨控制

针对风电机组大型化造成风轮受风剪切效应不良影响的问题,提出了采用模糊PID功率控制器与单神经元动态权系数分配的独立变桨距控制方案。使用Matlab软件对该方案应用于1 MW双馈型风电机组独立变桨距的运行工况进行仿真研究。仿真结果显示,独立变桨距控制方案在保证机组输出功率稳定的前提下,显著改善了风机叶片与风轮承受的轴向不平衡气动力的幅值与波动,进而降低了机组运行过程中受到的气动疲劳载荷,有助于延长机组寿命。     

基于混沌优化PID风力发电机组变桨距系统研究

变桨距控制是永磁直驱同步风力发电系统在额定风速以上限制功率输出的主要控制手段,文章基于风力机功率输出特性曲线,分析了永磁直驱风力发电系统变桨距控制在全风况下对应的控制策略。在额定风速以上时利用转速和功率相结合的双闭环变桨距控制系统,并在传统的PID控制器的基础上运用了混沌优化技术,用来减小在额定风速附近引起的输出功率波动及载荷突变的不利影响。通过Matlab仿真软件对混沌优化变桨距进行验证,仿真结果表明该变桨距控制策略响应速度快且鲁棒性强。     

一种直驱永磁风电机组的减载调频控制策略

文章针对风电并网容量增加导致系统调频能力不足的问题,提出了一种超速和变桨距协调的减载调频控制策略。首先给出了低、中、高3种风速模式的判定方法,然后通过设置初始功率跟踪曲线系数和调节桨距角实现直驱永磁风电机组的减载运行。在频率控制中,优先采用超速控制,当转速达到额定转速时,再启用变桨距控制,并且变桨距控制可分为低、中、高3种风速控制模式。仿真分析表明,基于所提减载调频控制策略,直驱永磁风电机组能在全风速范围预留一定比例的备用容量,实现双向频率控制,并能改善系统频率的暂态和稳态响应。     

基于无模型控制的风电机组独立变桨距控制

针对大型风电机组强外部扰动和无法准确建模等问题,提出无模型自适应(MFA)独立变桨距控制技术,控制器设计充分考虑机组模型的非线性问题,通过优化内部参数使系统克服时变及非线性,满足系统动态和稳态要求。在额定风速以上时,通过调节发电机转矩维持额定功率输出稳定,通过调节桨距角实现减载,以3 MW风电机组为实验对象,基于Blade软件对该控制策略和传统PID控制策略进行仿真比较。结果表明,这种新控制策略可有效稳定风电机组输出功率和降低机组载荷。     

降低风力机叶轮载荷独立变桨距控制策略

为了减小风力机叶轮的气动载荷,文章提出了将叶片方位角权系数分配与叶片根部气动载荷反馈相结合的独立变桨距控制方法(AAWC-LF)。控制器依据方位角的大小不同,利用权系数分配器重新分配每个叶片桨距角的调整变化量。同时,考虑到现场实际风速会突然大幅变化,在基于方位角权系数分配的独立变桨距控制基础上,增加了基于叶片根部实际气动载荷的桨距角修正环节。通过对比仿真曲线和实验结果,发现该算法增加了桨距角的调整次数,同时减小了叶轮所承受的气动载荷,对机组的输出有功功率没有形成冲击,叶轮转速更加平稳,控制效果较理想。     

改进灰狼优化算法在变桨距自抗扰控制中的应用

风电机组模型的不确定性以及风等外部干扰严重影响风电机组输出功率的稳定性,因此,将自抗扰控制器(ADRC)引入到风电机组变桨距控制中。当风速高于额定风速时,通过自抗扰变桨距控制策略有效调节桨距角,保证风电机组输出功率的稳定性。但ADRC参数繁多,仅靠专家经验进行整定比较困难。因此,文章提出将改进灰狼优化算法应用到ADRC中,完成参数的自寻优整定过程。仿真结果证明,经改进灰狼优化算法进行参数整定后的变桨距自抗扰控制系统能够对桨距角进行精确调整,并将输出功率快速稳定到额定值附近,具有较快的响应速度以及较好的抗扰动能力。     

额定风速附近变速变桨风力发电机组功率优化控制

详细分析导致功率波动和功率损失的原因,提出一种转矩优化控制策略。该转矩优化控制方法结合查表法和非线性PI控制器,在低风速区仅启用查表法以追踪最优功率;额定风速附近及以上时运用非线性PI控制器使转矩输出形成滞环,来抑制额定风速附近的功率波动;采用基于转矩误差及误差变化率的桨距角模糊调节器,实现转矩和变桨控制解耦;给出一种功率平均值限制算法,可抑制阵风时(包括额定风速以下和以上)引起的转速短时过速和功率损失,同时也可减少变桨机构的疲劳载荷。以风力机设计专业软件Bladed为工具,结合C语言编写外部控制器,对风力发电机组转矩及变桨控制策略进行仿真研究,仿真结果表明所提出的优化方案可行。