直驱永磁同步风电机组在全风速范围内的控制策略研究

为实现直驱式永磁同步风电机组在全风速范围内的高效、稳定运行,提出了一种基于最优转速给定的最大功率点跟踪控制策略与一种变桨距控制策略。当风速波动时,发电机转子转速的参考值将根据风电机组运行状态的不同选择不同的计算方式,使得风力机功率系数最大或稳定在额定转速不超速。而桨距角的大小将根据发电机的输出功率变化,当输出功率小于额定值时保持为0,大于额定值时增大使得输出功率稳定在额定值附近。最大功率点跟踪控制系统及桨距角控制系统都以发电机的输出功率大小作为控制方式的切换条件,无需复杂的切换规则。在Matlab/Simulink仿真平台上全风速范围内的风电机组的运行结果验证了所提出的控制策略的正确性与有效性。     

变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化

讨论了大型变速变桨风电机组在额定风速以上如何减小系统超调量以及降低机组载荷。根据风电机组的强非线性特点,采用基于模糊免疫PID的桨距控制策略,以减小发电机转速波动,改善功率品质。针对风电机组的塔架前后和侧向振动以及传动链扭转振动,提出了桨距、转矩阻尼滤波和加速度反馈等控制方式。通过Bladed外部控制器模块编程并进行仿真,结果表明所提出的控制策略能够改善变桨距控制的动态特性,降低关键部位载荷。     

变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化

讨论了大型变速变桨风电机组在额定风速以上如何减小系统超调量以及降低机组载荷.根据风电机组的强非线性特点,采用基于模糊免疫PID的桨距控制策略,以减小发电机转速波动,改善功率品质.针对风电机组的塔架前后和侧向振动以及传动链扭转振动,提出了桨距、转矩阻尼滤波和加速度反馈等控制方式.通过Bladed外部控制器模块编程并进行仿真,结果表明所提出的控制策略能够改善变桨距控制的动态特性,降低关键部位载荷.     

永磁直驱风电机组一次调频特性分析

由于采用全功率变流器实现机械和电磁系统的解耦控制,永磁直驱风电机组不能对电网频率变化进行响应。为了使永磁直驱风电机组具备一次调频能力,采用转速和桨距角相结合的协调控制策略,并根据不同的风速条件,制定了低风速、中风速和高风速3种模式。在低风速时,采用减载运行至90%最大功率曲线和下垂控制相结合的控制策略;在中风速时,采用转速和桨距角结合的协调控制策略;在高风速时,采用减载运行至90%最大功率曲线和桨距角相结合的控制策略。以上控制策略可以使永磁直驱风电机组有效参与电网的一次调频。最后通过仿真结果验证了永磁直驱风电机组协调控制策略的有效性。     

基于LQG的独立变桨控制技术对风电机组气动载荷影响研究

基于多体动力学理论建立风力发电机组动力学模型,针对风轮载荷分布不均问题,在传统变桨距控制策略的基础上,提出基于线性二次高斯算法(LQG)的独立变桨距控制策略,并在Matlab/Simulink中构建控制模型,实现风力机系统的联合仿真,对提出的控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。研究结果表明:文中提出的独立变桨控制技术不仅可以实现功率控制,而且有效地降低了风电机组关键部件的疲劳载荷。在载荷优化方面比传统PI控制器效果更明显,更适合大型风电机组变桨距控制。     

兆瓦级风电机组叶片延长载荷分析及平稳运行控制方法

为提高已建成风场中风电机组的发电效益,风电机组叶片延长是其有效途径之一。然而,叶片延长后风电机组易受到不同湍流强度扰动而导致机组极限载荷大幅变化,甚至损伤。首先从叶根、轮毂与塔基三个部位分别分析了湍流对风电机组的极限载荷变化。针对中低风速区间高湍流风况导致机组变桨频繁与功率输出不稳定的问题,采用桨距角控制与转速优化相结合的主动减载控制策略,通过预留出一部分转子转速以应对减载后的湍流现象,减轻变桨系统的负担。实验结果表明,在减载25%的情况下,所采用控制策略能够使桨距角基本稳定在2.5°左右,有效地减缓了湍流波动对桨距角,为使用叶尖延长等技术的风电机组稳定运行提供了一定的理论基础。     

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?琢f0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。     

网源协调环境下风电机组变桨距控制策略

分析了电网扰动时的风电有功控制实现机理;以最大限度沿用已有变桨距系统软硬件为原则,设计了支持系统保护、频率控制调节的变桨距控制策略及其与已有变桨距系统的集成。重点基于层次化状态机技术,对电网正常和电网扰动时的变桨距控制逻辑进行分治与协调,改进了变桨距控制状态机;立足于现行主流变桨距系统,提出了一种紧急桨距角计算方法,动态确定机组参考桨距角。仿真结果表明:给出的状态机具有较高的可靠性;给出的变桨距控制策略能按系统保护、频率控制调节的要求长时间、大幅度地调节输出功率。     

大型风电机组机组层AGC控制策略研究

针对传统控制策略下的风电机组输出波动性大、随机性强,需其他设备协调风电场出力的缺点,提出一种机组层WT-AGC控制策略,并对该控制策略的工作原理进行了详细的分析。在考虑风电机组运行状态及风电场调度要求的基础上,将WT-AGC策略下机组运行方式分为2种:调度指令高于机组最大出力能力的常规运行和调度指令低于机组最大出力能力的限功率运行。通过风电机组转速调节和变桨距机构动作配合,实现风电机组输出稳定,满足风电场调度要求,并对某实际双馈风电机组进行了仿真。结果表明该控制策略不但可以实现风电机组的可调度输出,而且提高风电机组并网后的功率稳定性,验证了所提策略的正确性。     

前端调速式风电机组功率优化控制研究

研究了前端调速式风电机组功率优化控制问题,提出了一种基于差分进化算法的功率优化控制策略。以液力变矩调速系统输出转速恒定、机组输出功率平滑为控制目标建立目标函数,采用差分进化算法,对变桨系统桨距角与液力变矩调速系统导叶开度角两个控制参数进行优化,根据优化后参数对风电机组进行变桨与变矩控制,实现对机组输出有功的优化控制。以2MW前端调速式风电机组为对象进行仿真分析,仿真结果表明,根据本文提出的方法对风电机组进行功率控制,平滑了风电机组的输出功率,减小了功率波动,验证了控制策略的可行性。     

大型风机的独立变桨控制方法

为了缓解风力发电机组由于风速扰动所造成的疲劳载荷,给出了一种基于RBF神经网络滑模独立变桨控制策略。通过分析风力机的基本特性,提出将RBF神经网络滑模功率控制单元和独立变桨控制单元相结合的控制方式。RBF神经网络滑模功率控制单元通过对发电机电磁转矩及桨叶桨距角的控制来平衡风力机的气动转矩,使风轮保持额度转速,实现稳定风电机组的输出功率的目的。而RBF神经网络独立变桨滑模控制单元通过实时微调风机桨距角,来优化功率控制单元的统一桨距角信号,实现缓解风机结构疲劳载荷的目的。最后,通过建立基于RBF神经网络滑模独立变桨控制的风力发电机组进行相应的仿真与实验,证明基于RBF神经网络功率控制和独立变桨滑模控制相结合的方法具有良好的控制效果,稳定风机输出功率的同时,极大地缓解风机的结构载荷,降低风力发电机组的维护成本。     

基于风剪效应的独立变桨控制对漂浮式风力发电机性能的影响

随着风力发电机塔架高度以及叶片尺寸的增大,风剪效应对风力发电机性能的影响越来越显著,为此提出了基于风剪效应的独立变桨控制策略。分析了漂浮式风力发电机支撑结构的动力学模型,结合针对陆上风力发电机提出的基于风剪效应的独立变桨控制策略,并使用线性二次型调节技术（linear quadratic regulator, LQR）分别对3种漂浮式风力发电机的独立变桨控制器进行了设计,在Matlab/Simulink软件中搭建仿真模型并与Fast软件进行联合仿真。仿真结果表明：所采用的独立变桨控制策略对3种形式的风力发电机的功率、纵摇运动影响并不相同。独立变桨控制策略可以明显降低单柱式风力发电机的功率波动,但对张力腿式和驳船式风力发电机来说效果不明显甚至变得更差;而对于漂浮式风力发电机的纵摇运动来说,独立变桨和统一变桨控制策略对单柱式和张力腿式风力发电机的影响差别不明显,而对驳船式风力发电机来说,独立变桨控制策略使其纵摇角度变得更大。     

基于变参数减载控制的风电场一次调频策略

变速恒频风机通过电力电子设备实现并网,导致机组转速与系统频率不再有耦合关系,无法主动响应系统频率变化。针对风电大规模并网引发的系统调频安全问题,采用优先减载低风速机组的风电场预留备用策略,并结合桨距角控制,实现满足系统备用需求,同时最大限度地储存旋转动能;然后提出了变调频系数的虚拟惯量控制策略,给出了下垂系数的整定方法,以实现风机减载功率充分释放,为系统提供可靠的调频功率支持。在DIgSILENT中建立了系统仿真模型,结果表明：所提策略能够合理分配风机的减载功率,并有效利用备用容量参与系统调频,提升了风机的频率控制能力。     

独立变桨条件下的风力发电机动态载荷优化及仿真分析

针对大型风电机组动态载荷分布不均问题,提出基于线性二次高斯控制的独立变桨控制策略,通过建立整机系统模型和线性二次高斯算法（LQG）控制器,利用SIMPACK软件与Simulink进行联合仿真,计算比较不同控制方式下风力机主要零部件所受的载荷。计算结果表明,相对于统一变桨,独立变桨控制方式能够更好地稳定输出功率和载荷波动。相对于传统的PI统一变桨控制,LQG独立变桨控制能更好地降低风力机主要零部件的疲劳载荷。     

风、浪对海上风电机组振动特性的影响及控制策略

建立了波浪模型,分析了风力机气动载荷和气动转矩中与水动频率相关的脉动分量产生的原因,并基于GH Bladed平台仿真验证了这种脉动的存在性。为减小这种脉动以及风切变和塔影效应对风力机产生的影响,将积分后的塔顶振动加速度信号与统一变桨距参考信号叠加,减小统一变桨距信号,结合风力机输出功率的3倍频风轮旋转频率(3P)脉动分量以及每支叶片的方位角将其转换为该叶片的桨距角调节信号,实现变桨距控制。仿真结果表明,所提变桨距控制策略不仅能有效平缓风、浪引起的海上风力机叶根挥舞载荷的脉动,还能明显减小其气动转矩以及输出功率的波动,在减小风轮疲劳载荷的同时提高了海上风力机的输出电能质量。     

基于变桨距和转矩动态控制的 直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制

风能的不确定性以及风轮机自身特性使风力发电机输出有功功率随风速变化而波动,影响风电机组输出电能质量,严重时还会影响电网运行稳定性。在分析变桨变速直驱永磁同步风力发电机运行特性的基础上,提出了在全风速范围内结合风力机变桨控制和发电机变速控制的发电机有功功率平滑控制策略。考虑到风能的随机性及直驱风能发电系统很强的非线性,设计了基于模糊理论的变桨距控制器和发电机转矩动态滑模控制器。对一台采用该控制策略的直驱永磁同步风力发电机的运行行为进行仿真研究。结果表明,提出的模糊变桨距控制能有效控制发电机转速运行范围,动态滑模控制能使发电机输出平滑的有功功率。与传统最大风能跟踪控制策略相比,所提出的控制方案能有效降低直驱永磁同步风力发电机输出有功功率的波动,控制发电机转速运行范围。     

双馈风电机组低电压穿越主控系统控制策略

分析了1.5 MW 82 m风轮机型双馈风电机组的桨距角控制原理。应用GH BLADE软件,建立了机组模型,计算了桨距角由0°~20°、叶尖速比为3~14.7的力矩系数。给出低电压穿越状态的传动链受力及叶片可能调整的最大角度。提出不同风况下进入低电压穿越时,基于EFC方式和桨距角给定方式的控制策略和有功功率恢复策略。仿真计算说明通过调整叶片的桨距角减小气动力矩输入,可以实现低电压穿越过程机组转速的平稳过渡,通过回调叶片桨距角与快速给定有功功率的同步操作,减小低电压穿越结束时的功率振荡。110 kW小功率试验台试验及1.5 MW双馈机组现场试验说明控制策略能够满足不同风况下,双馈机组低电压穿越过程转速及功率恢复的控制。     

基于改进转子转速和桨距角协调控制的变速风电机组一次调频策略

风电机组参与一次调频缓解了传统同步机组的调频压力,但其调频性能受功率跟踪方法的影响,不利于系统频率稳定。为此提出了基于改进转子转速和桨距角协调控制的一次调频策略,在全风速范围内预留调频所需功率裕度,在系统频率波动时能够提供快速且持久的有功支撑,实现对风电机组静调差系数的整定。对比分析不同减载控制策略下机组疲劳载荷和损伤等效载荷,结果表明所提策略可有效降低机组的疲劳载荷,延长使用寿命。最后,通过仿真验证了所提一次调频策略的有效性,频率改善效果优于传统一次调频控制,提高了风电场参与系统频率调节服务的一致性和可预测性。     

变速变桨距风力机功率控制策略

针对风力机运行区域特点,提出变速变桨距风力机功率控制策略。以风力机专业设计软件Bladed为工具,对风力机功率控制策略进行仿真研究;结合C＋＋语言对Bladed进行二次开发,设计其外部控制器;外部控制器和Bladed进行数据交换,控制风力机功率输出,优化风力机性能。仿真结果表明：在额定风速以下,外部控制器能够追踪最大功...