风电机组电动变桨系统建模及运行特性评估与测试

为了较好地反映风电机组电动变桨系统的动暂态运行特性,有必要研究考虑电机驱动特性的电动变桨系统的动态模型。在介绍电动变桨系统基本结构和原理的基础上,建立了包含感应电机及其矢量控制策略、减速齿轮箱传动系统及后备电源各子系统模型的电动变桨系统详细模型,并给出了变桨控制系统简化一阶惯性环节模型;为了验证所建立的详细模型的有效性,搭建了电动变桨系统的测试平台,对所建立的变桨系统详细模型进行了桨距角跟踪性能、负载扰动运行特性和低电压故障运行特性仿真,并将其与简化一阶惯性环节模型和实际测试系统的结果进行了比较。结果显示,所建立的详细模型能够更好地反映实际电动变桨系统的动暂态运行特性,且能较好地评估其低电压故障运行特性。     

风电机组电动变桨系统建模及运行特性评估与测试

为了较好地反映风电机组电动变桨系统的动暂态运行特性,有必要研究考虑电机驱动特性的电动变桨系统的动态模型.在介绍电动变桨系统基本结构和原理的基础上,建立了包含感应电机及其矢量控制策略、减速齿轮箱传动系统及后备电源各子系统模型的电动变桨系统详细模型,并给出了变桨控制系统简化一阶惯性环节模型;为了验证所建立的详细模型的有效性,搭建了电动变桨系统的测试平台,对所建立的变桨系统详细模型进行了桨距角跟踪性能、负载扰动运行特性和低电压故障运行特性仿真,并将其与简化一阶惯性环节模型和实际测试系统的结果进行了比较.结果显示,所建立的详细模型能够更好地反映实际电动变桨系统的动暂态运行特性,且能较好地评估其低电压故障运行特性.     

兆瓦级风力发电机组变桨机构建模和仿真

针对兆瓦级风力发电机组的变桨系统,在SolidWorks和Adams中建立变桨系统的机械系统模型,并在Matlab中建立控制系统模型,通过Adams／Control接口将二者连接起来,实现风力驱动下的变桨运动在软件系统环境下的交互仿真,通过对变桨过程研究,为大型风力机及其控制系统的研制开发与国产化提供指导。     

风机电动变桨系统状态特征参量挖掘及异常识别

为了提高风电机组电动变桨系统运行状态评估的准确性,提出电动变桨系统状态重要参量挖掘及其异常识别方法的研究。论文在阐述风电机组电动变桨系统的结构及控制原理和监测参数特点的基础上,基于特征参数选择的Relief方法,建立变桨系统特征参量挖掘的数学模型,获取了叶片桨距角、发电机转速及变桨电机驱动电流及其IGBT温度的特征参量,并对其故障状态的漏检率指标进行分析。提出基于多特征参量距离的变桨系统运行状态异常识别方法,建立基于风速输入的变桨系统特征参量的支持向量机回归模型,并对距离阈值进行探讨。最后,对实际变桨系统故障状态的异常识别进行实例验证。实验证明,建立的电动变桨系统状态特征参量挖掘模型的有效性,相比单参数绝对阈值评估方法,基于多特征参量距离的电动变桨系统异常识别方法更能及时、准确地识别其异常状态。     

考虑变桨驱动电机特性的风电机组运行性能仿真

为了更好地反映并网风电机组的动暂态运行特性,提出了考虑变桨系统的风力发电机组运行性能研究.在阐述变桨距控制原理的基础上,建立了以变频三相感应电动机作为驱动电机的变桨控制系统数学模型,并对其变桨距控制性能进行仿真.结合考虑变桨电机驱动特性的变桨系统控制模型,建立了并网笼型异步发电机组的动态数学模型.对额定风速以下和额定风...     

风电变桨系统模型简化及运行特性比较

针对风电变桨驱动系统详细模型参数变量众多影响其仿真速度,而常规一阶简化模型又不能较好地反映其动态特性的问题,文中基于传递函数法,提出了一种兼顾特性和参数的改进简化传递函数模型。首先,论文阐述了电动变桨系统基本原理与结构,建立了基于笼型异步电动机驱动的转子磁链定向详细动态数学模型。其次,基于传递函数的方法,简化其速度环和转矩环,推导了兼顾变桨系统动态特性的改进简化模型,比较了其频率特性。最后,分别建立了详细、简化和改进简化的变桨系统模型,对其桨距角跟踪特性和抗负载能力进行了仿真比较,并搭建了变桨电机系统实验平台进行验证。结果表明,改进简化模型具有兼顾详细模型动态特性及一阶简化模型参数较少的特点,并归纳了不同模型可适用于的场合。     

风电机组变桨轴承变形研究与有限元分析

变桨轴承是风电机组的关键部件,其应力状态和变形对风电机组的安全运行有重大的影响。建立承受联合载荷作用的变桨轴承的计算模型,采用Newton-Raphson方法计算变桨轴承在外载荷作用下的变形情况,并应用ANSYS软件建立变桨轴承有限元模型,模拟轴承在联合载荷作用下的应力场和变形量。有限元分析结果验证了计算模型的准确性,可为变桨轴承结构设计提供理论依据。     

基于MISG算法的风力发电机液压变桨系统故障诊断

针对受状态延时影响的风机变桨系统故障诊断,提出了一种基于多新息随机梯度(MISG)的故障诊断方法。该方法将复杂系统转化为状态空间模型,并建立系统辨识模型。将新息标量扩展成新息向量改善算法精度,利用系统发生故障引起参数改变的特征,算法对风机状态延时变桨系统完成参数估计,将系统故障诊断问题转换为系统辨识问题。仿真所得结果验证该方法可以达到诊断风机状态延时变桨系统故障的目的。     

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。     

风力发电机液压变桨系统的建模与仿真

介绍了风力发电机液压变桨系统的原理,建立了液压变桨系统的数学模型,并进行了稳定性与响应性分析。对液压变桨系统采用比例积分微分控制,通过仿真确认了控制效果。     

基于数据挖掘的风电机组变桨系统劣化状态在线辨识方法

传统阈值法难以及时准确地辨识出运行设备的劣化状态,针对风力发电机组实施状态检修工作的要求,提出一种风机变桨系统劣化状态在线辨识方法。在阐述风机变桨控制原理和变桨系统监测参数的基础上,建立了以风速、有功功率为输入,风轮转速、3个叶片的桨距角和变桨驱动电流为输出的非线性多输入多输出(multi input multi output,MIMO)系统回归模型。将系统特征向量实测值与最小二乘支持向量机(least square support vector machines,LSSVM)回归计算结果间的偏离定义为系统"观测值"。接着采用高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)拟合多维观测值的分布,并利用风机数据采集与监控系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)中的数据计算系统劣化指数,实现系统状态的在线辨识。最后,以一台发生过变桨轴承保持架和滚动体损坏故障的风机为对象,进行了实例验证,证明了所建模型的准确性和有效性。     

抑制风力机疲劳载荷的直接比例谐振独立变桨控制策略

为减小由叶轮扫略面内风速不均衡导致的风力机疲劳载荷,提出一种无需科尔曼坐标变换的直接独立变桨控制策略。首先,基于风力机叶片旋转坐标系和轮毂静止坐标系之间的关系,分析了叶根弯矩谐波载荷对轮毂载荷的影响规律及其抑制机理;其次,为抑制风力机谐波载荷并减少传统独立变桨控制策略倾覆和偏航力矩之间的耦合影响,提出基于单个叶根弯矩的直接比例谐振(PR)独立变桨控制策略,通过建立周期时变叶片系统的平均线性化模型,设计了相位补偿器和控制器参数,并对所提控制策略在系统参数时变情况下的稳定性进行了频域分析;最后,建立基于Turb Sim-FAST-MATLAB/Simulink风电机组载荷及控制联合仿真模型,分析了某1.5 MW风力机在湍流风作用下的疲劳载荷特性以及不同变桨控制策略的疲劳载荷抑制效果。结果表明,与常规统一变桨控制策略相比,所提直接PR独立变桨控制策略能有效抑制风力机疲劳载荷,且其对机组有功功率输出几乎无影响。     

基于自适应观测器的风力发电机液压变桨系统故障诊断

液压变桨系统是风力发电机组中故障多发的重要部件,对其展开故障诊断具有重要意义。针对受到丢包和状态延时影响的风机变桨系统故障,提出一种基于自适应观测器的故障诊断方法。将复杂的变桨系统转化为相应的状态空间模型,并根据相应的系统故障模型设计出自适应观测器。将故障模型进行离散化之后,设置合理的系统增益矩阵以及自适应调节律,并对观测器的稳定性展开了证明。仿真结果证明了观测部分能够准确地对真实值进行跟踪,实现了对变桨系统故障诊断的目标。     

基于变桨速率给定信号的变桨系统响应测试分析

为了更好地设计大型风电机组变桨系统控制器参数,有必要研究变桨系统在风场实际运行中的动态特性。在理解变桨系统运行原理的基础上,通过对变桨阶跃测试和变桨正弦波测试方法的深入分析后,本文提出了基于变桨速率给定信号的一种测试方法。通过对现场数据的分析和仿真,验证了测试方法的准确性、合理性,为变桨系统控制器参数的设计提供参考,从而保证了变桨系统的可靠性。     

风力发电变速变桨系统的混杂控制

针对变速变桨风力发电系统随机扰动大、多工况运行、结构时变的复杂系统控制问题,以风机的输出功率、转速和桨距角为研究对象,提出了一种基于混杂自动机的变速变桨控制模型。充分考虑到系统变速和变桨过程中的耦合关系,将控制过程分成4个阶段,结合预估控制给出了各阶段控制器的算法。利用MATLAB/Simulink对某额定功率为1 300 kW的变速变桨风力机组进行建模和仿真,结果表明与传统控制方法相比,采用该建模和控制方法,既改善了风力机输出电能质量,也提高了变速变桨风力发电系统的风能利用效率。     

大功率风电机组变桨系统故障诊断方法与技术研究进展

变桨系统是大功率风电机组重要的子系统,其主要功能是使桨叶快速高效地捕捉风能,最大限度地利用风能。作为故障频发的子系统,变桨系统能否正常运行直接影响机组的安全稳定运行。综述风电机组变桨系统故障诊断方法和技术的研究进展。首先,介绍变桨系统故障诊断的背景及意义;然后阐述变桨系统主要的故障类型、故障机理及相应的敏感参数,变桨系统故障诊断常用的三种方法,即基于解析模型、基于信号分析以及基于人工智能的诊断方法;最后,介绍基于SCADA系统数据的混合智能诊断技术的发展情况,对本领域未来的发展趋势进行了展望。     

风电机组变工况变桨系统异常状态在线识别

风电机组的变桨系统因风速随机波动而经常在不同工况下切换,且其子系统间存在的强耦合性使其故障难以实时检测和精准定位,因此,实际运行中的数据采集与监视控制系统对变桨故障的误报率较高。针对上述问题,提出变工况变桨系统异常状态在线监测与识别系统。由于变桨系统特征参量在不同工况下对其状态的贡献率不同,基于熵优化邻域粗糙集(entropy-optimized neighborhood rough set,ENRS)对不同工况下的特征参量进行约简建模,提出全工况变桨系统状态特征参量挖掘策略。以其约简数据集作为输入样本,提出以小世界粒子群(small-worldparticleswarmoptimized,SWPSO)优化的熵加权学习向量量化(learningvector quantization,LVQ)为基础模型的SWPSO-熵加权LVQ多模型状态监测器,实现异常状态的精准定位。最后,基于实际风场数据对上述模型进行训练,仿真与测试结果表明,基于ENRS的SWPSO-熵加权LVQ模型能实时并准确地反映变桨系统在变工况下的异常状态模式识别。     

基于威布尔模型的风机电气滑环和变桨通信故障研究

介绍了风机维修现状,研究了风机变桨系统故障数据,通过探索电气滑环更换和变桨通信故障之间的联系,建立了两者的威布尔模型故障函数;分析结果表明:在一年运行时间内,电气滑环随时间的增长更换率更高,而变桨通信则相反,由此可以进一步制定其维修策略。     

基于有限状态机的变桨系统状态监测模型

运用离散事件系统理论中的有限状态机对风力发电变桨系统建模,根据变桨系统的运行过程将其分为8个运行状态,状态的转移通过9个事件驱动,事件由变化的风机参数触发。运用Simulink中的Stateflow模块进行仿真,仿真结果表明,此模型可以准确反映变桨系统运行过程中工作状态的变化,状态转移直观、清晰。     

基于功率变化和模糊控制的风力发电机组变速变桨距控制

由于风速测量的不准确性以及很难获得风力发电系统的精确模型,故采用传统的PID控制器难以在风速快速变化的情况下实现良好的控制效果.文中提出将风力发电机组输出功率变化情况作为变桨距执行机构工作的判断依据和控制策略,并根据该策略,进一步提出了基于模糊控制的变速变桨运行控制方法.通过构建仿真模型,按照基于功率变化判断的控制策略分别对变速变桨与工程上常规的匀速变桨进行了仿真比较研究.仿真结果表明,所提出的不依赖于风速测量和精确系统数学模型的控制策略,可以很好地稳定风电机组输出功率,且相对于匀速变桨控制,变速变桨控制方法一方面更好地将机组输出功牢稳定在额定值,另一方面可以减轻变桨距执行机构的疲劳度,减少部件间的磨损,这对于延长变桨执行机构的工作寿命、降低其故障发生率以及维持整个风电机组安全稳定运行具有重要意义.