基于功率和载荷协调的变桨距控制策略

风力机启动阶段变桨距实现最佳力矩,额定风速以上时变桨距实现恒功率控制。正常情况下变桨距过程引起的载荷变化不会超过设计阈值范围。但是,当风电机组设备老化疲劳后载荷阈值可能会下降,出现超载荷运行的现象,危害机组安全。本文在建立风电机组数学模型的基础上,分析了桨距角和载荷的内在关系,提出了功率和载荷协调的变桨距控制策略。当风电机组超载荷运行时,改变常规的变桨距控制策略,调整桨距角,优化变桨速率,以降低风电机组输出功率为代价,减小风电机组载荷,保证风电机组安全稳定运行。采用GH Bladed建模仿真,其仿真结果证明了控制策略的可行性和有效性。     

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TS模糊加权的风电机组变桨距的双模切换优化控制

传统的PID变桨距控制策略存在转速波动较大、变桨的跟随性差等不足。以风速在额定风速以上时,使风力发电机的输出功率稳定在额定功率为研究目标。针对变桨系统的惯性与延迟导致控制过程动态调节时间长、超调量大等问题,提出了基于T-S模糊加权的模糊与PID双模切换优化变桨距控制策略。以Simulink为试验平台,搭建了永磁直驱风力发电机组的变桨控制模型。通过仿真验证表明,所提方法具有模糊控制与PID控制两者的优点,控制输出的桨距角精度更高、响应速度更快、功率更加靠近发电机输出的额定功率。     

针对风切效应的分区权系数分配独立变桨控制

研究风机在额定风速以上时的独立变桨控制问题,针对风切效应对风机输出功率的影响,在MATLAB中建立了基于风机桨叶方位角的分区独立变桨控制系统,并根据桨叶所受风切效应影响程度向控制系统中引入两种加权系数模型。在风切变影响较小的区域,采用基于方位角的权系数分配模型;对于风切变影响较大的区域,在方位角加权系数的基础上引入单神经元自适应PID控制器,联合方位角权系数分配器一同投入桨距角的动态调整运算得到基于单神经元的权系数分配模型。将利用分区独立变桨控制方法的仿真结果与全程采用统一变桨控制的仿真结果进行对比,发现所提方法在维持最大输出功率的稳定性以及缓解风轮不平衡载荷的能力上都具有明显的优势,验证了所提模型的可行性和合理性。     

基于机舱激光雷达的风力机增益预置前馈控制方法研究

提出了一种基于机舱激光雷达测风速的风力机增益预置前馈控制方法,并仿真分析了极端持续阵风工况下连续波激光雷达和脉冲激光雷达在不同配置下对风轮转速、变桨速率、机组主要部件载荷与输出功率的控制效果。仿真结果表明,所建立的前馈控制器能促使风轮转速和桨距角平稳地跟随风速的低频变化,对转速波动有良好控制效果;4点3焦距的脉冲激光雷达配置在降低载荷、控制变桨速率和转速波动之间实现了最佳平衡,同时也略微增加了额定风速以上机组的输出功率。     

双馈式变速变桨风电机组的桨距控制

针对大型双馈式变速变桨(variable-speedandvariable-pitch,VSVP)风力发电机组在额定风速以上如何维持输出电功率稳定和降低塔架振动等问题,对其控制技术进行研究。在研究传统变桨距控制策略的基础上,提出非线性转矩的统一变桨距控制策略。针对风电机组的塔架前后和侧向振动,提出基于加速度反馈的桨距和转矩阻尼滤波控制方式。以2 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对该控制策略与传统的变桨距控制策略进行仿真比较。结果表明:所提出的控制策略能够稳定电功率输出,降低塔架振动和载荷。     

变速与变桨协调的风电机组平滑功率控制

考虑到风电功率秒级波动对电网频率稳定的影响,需要对风电机组输出功率进行平滑控制。现有依靠风电机组实现风电功率平滑控制的方法大都存在频繁变桨的问题。为此提出了协调变速与变桨的平滑功率控制方法。该方法通过分离桨距角的上调和下调动作,将传统的基于变桨调节的恒转速(转速上限)控制转变为转速区间控制,使风轮机能够在任意桨距角下变速运行,从而更大程度地利用风轮机动能来平滑风电功率波动。因此,该方法在保证平滑控制效果的同时,能有效降低变桨动作频率和幅度,并减小变桨伺服机构的疲劳和叶片载荷。最后,基于风电机组模拟器的实验验证了所提方法的有效性。     

变速变桨风电机组阵风控制策略

本着在阵风工况下,变桨控制器提前动作与快速动作的原则,结合变速变桨控制算法基本结构,在基本变桨控制器上增加功率桨距角发电机转速控制环,使桨距角能够在额定功率以下提前动作;在桨距角发电机转速控制环的比例项中增加非线性增益因子,使得变桨控制能在阵风下快速动作。仿真分析与现场测试结果表明,这2个阵风控制策略能有效地抑制与减少风电机组发电机由于超速带来的停机,一定程度上可以提高风电场发电量,降低风电机组机械载荷,提高电网稳定性。     

基于叶尖延长的2 MW级风机叶片载荷优化控制策略

针对风资源优良、风电机组叶片相对较短的现有风场,通过叶片延长可有效提升风电机组发电量,但同时增加了叶片载荷,降低了叶片寿命,并影响机组功率输出的稳定性。首先利用叶素-动量理论对比分析叶尖延长前后的叶片根部载荷变化,提出叶片坐标转换变桨控制方法,通过Coleman变换得到叶片桨距角变换参数,以此优化机组变桨系统输出的桨距角调整量。实验结果表明,采用所提方法在机组功率提升11%基础上仍可使桨叶系统达到减负降载效果,保证了风电机组叶片延长后输出功率的稳定。     

风力发电机组限功率双重优化协调控制策略

变速变桨风力发电机组在限功率运行时,需要对风力机的桨距角和发电机的转速进行调节,以响应风电场的调度指令。为降低机械部件的疲劳程度,在限功率控制过程中应尽量避免对桨距角进行调节。然而,常用的单纯转速优先限功率控制策略不一定能有效地降低桨距角的调节量和调节次数。针对该问题,提出一种双重优化协调限功率控制策略,首先以桨距角及转速调节量为最小对两者的给定值进行一次优化;然后在此基础上,以减少桨距角动作次数为目标对桨距角的给定值进行二次优化,通过对风力机及发电机的优化协调控制,进一步改善风机的机械疲劳程度。最后,在双馈风力发电机组仿真平台上对所提的优化策略进行仿真验证。结果表明：与转速优先及未进行二次优化的限功率控制方法相比,所提控制策略在满足限功率指令的同时,有效降低了风力发电机组的桨距角调节量和机械磨损量2个重要指标,从而减少机组的机械磨损,延长机组寿命。     

基于改进DE算法的兆瓦级风机独立变桨控制

针对兆瓦级风电机组在额定风速以上的气流扰动时出现的载荷不平衡现象,提出了基于改进DE算法的独立变桨距控制策略。利用DE算法能够较快进行全局寻优的特点,缩小PID参数的搜索范围,提高动态响应能力。通过改进DE算法以改善其局部搜索能力,使调节过程具有较强的自适应性,从而得到最优的桨距角控制结果。最后,采用Matlab和Fast软件作为测试平台,对2 MW的独立变桨机组进行了仿真。结果表明,所提独立变桨控制策略能够有效降低机组在扰动情况下的载荷,缓解机组疲劳程度、延长机组寿命,有利于稳定输出功率,从而提高运行效率。     

风力发电机独立变桨控制技术系统级优化研究

针对目前独立变桨距风力发电机存在桨叶受力载荷过大、输出功率和电压不稳定的问题,采用模型参考自适应控制方法进行控制器优化,研究了风力发电机独立变桨优化控制问题。讨论了模型参考自适应控制方法下参考模型选取的过程,根据Lyapunov稳定性理论对模型参考自适应控制器进行了设计,并将这一控制器应用在风力发电机的独立变桨距上。仿真结果表明,该控制方法不仅提高了变桨控制器的响应速度和跟踪精度,而且能够稳定输出功率和电压,同时也能够减少各桨叶的拍打震动。模型参考自适应控制器能够应用在风力发电机独立变桨距控制中,控制效果良好。     

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。     

风电机组RBF神经网络PID独立变桨控制研究

针对额定风速以上,风切变、风剪切和塔影效应引起的不平衡载荷进行优化控制,提出一种基于径向基函数(RBF)神经网络比例积分微分(PID)变桨控制方案。通过Park坐标变换与解耦的方法,将风轮不平衡载荷分解成俯仰力矩与偏航力矩,利用经典控制理论实现了风电机组独立变桨控制设计:通过RBF网络在线学习优化:PID控制器的参数,从而对塔架和桨叶上的不平衡载荷进行优化控制。在GH.Blade和Matlab中搭建3 MW风电机组联合仿真模型进行仿真。最后在3 MW风电机组变桨测试平台上进行现场实验,实验结果表明,提出的变桨控制方案能有效减小塔架与叶片等关键部件的载荷,而且提高了变桨控制系统的鲁棒性。     

无模型控制器在风电变桨控制系统中的应用

由于风速、风向的随机性导致风力发电变桨距系统具有非线性、强耦合、大时滞等特点,难以准确建模。为改善系统动态性能,保证发电机输出功率恒定,将无模型控制器引入到风力发电变桨系统中。采用MATLAB软件的Simulink工具构建该模型并仿真。结果表明,在高风速段和额定风速附近,发生相同的风速变化值,无模型变桨控制系统通过桨距角的不同调节可以很快实现发电机的恒功率输出。另一方面,本文将该控制系统应用于风力发电机组运行测试,其运行结果与模拟结果一致。因此,本文设计的无模型变桨系统控制效果良好,优化了风电系统的稳定性。     

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.     

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。     

基于干扰观测器的直驱永磁同步风电系统输出功率控制研究

研究高于额定风速的直驱式永磁同步风电系统变桨距控制。首先建立直驱式永磁同步风电系统的非线性数学模型,然后在最佳运行点处展开得到线性化风电系统状态空间模型,根据该模型设计基于滑模控制算法的桨距角控制器来平滑风电系统的输出功率。为了减小利用系统不确定项的界设计滑模控制器存在控制的不精确,考虑设计干扰观测器试估计系统不确定项的值,并将干扰估计值应用到滑模桨距角控制器的设计中,提高了控制器的精度并且保证高于额定风速阶段风电系统的输出功率更加平稳。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建了风电系统的整体仿真模型,仿真结果表明所设计的基于干扰观测器的滑模桨距角控制器可在不同类型高风速输入扰动下,更好地平滑风电系统的输出功率。     

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。