减小塔影效应载荷波动的独立变桨距控制研究

针对塔影效应引起风电机组载荷波动的情况进行研究,对其引入独立变桨距控制。建立风电机组风轮的线性时变模型,并将其写成状态方程的形式,进而引入Coleman变换将其变换成线性时不变模型。然后,在此模型基础上,加入PID控制器,从而完成独立变桨距控制系统的设计。在塔影效应的影响下,分别对独立变桨距控制和统一变桨距控制情况下风电机组的载荷波动进行仿真对比研究,并利用雨流统计法对风电机组进行疲劳分析。研究结果表明：在塔影效应影响下,采用独立变桨距控制策略的风电机组载荷波动较采用统一变桨距控制策略的风机有明显改善,削弱了塔影效应载荷波动的影响,并延长了机组的使用寿命。     

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。     

双馈风电机组低电压穿越下载荷控制研究

为减小大型风电机组在低电压穿越过程中的冲击载荷,针对额定风速以上运行区域,基于状态反馈控制设计风电机组载荷控制器,提出利用2个多输入单输出系统实现转矩补偿及桨距角补偿,从而抑制低电压穿越情况下传动链及塔筒载荷。与利用线性模型对带通滤波器控制方法进行对比分析,然后通过非线性模型进行仿真验证。结果表明,所提控制方法能够减小低电压穿越下冲击载荷,控制效果优于带通滤波器控制。     

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。     

基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略研究

针对风切变和塔影效应引起的风力机气动载荷周期性波动,展开风电机组独立变桨距控制策略研究。基于叶素动量理论进行风轮叶片气动建模,在Matlab/Simulink平台上编程实现叶片气动载荷计算模型,并与GH Bladed仿真结果进行对比分析。提出了基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略,根据方位角反馈设置动态权系数,周期性调节每支叶片的桨距角,并在此基础上增加了叶根挥舞载荷PID控制环节,以微调修正桨距角。基于Matlab/Simulink和GH Bladed平台进行仿真分析,结果表明,该联合反馈控制策略可有效平缓周期或随机性的叶片挥舞载荷波动,而且对于减小风轮不平衡载荷以及降低风力机疲劳载荷有较好的效果。     

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。     

变速恒频风力发电系统变桨距自抗扰控制

由于风能的随机性及气动效应的影响，变速恒频风力发电系统具有强非线性，难于实现高精度控制，输出电能质量较差。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能，该文在分析变速恒频风力发电系统变桨距控制研究现状的基础上，基于自抗扰控制理论设计风力发电系统变桨距控制器。建立了风机及变桨距机构模型，以转速为量侧输入设计扩张状态观测器，观测系统状态及风速扰动，利用前馈环节予以补偿；同时，根据状态偏差配置非线性结构，抑制转速偏差。在随机风、阶跃风及阵风作用下对设计的自抗扰控制器进行数字仿真，结果表明基于自抗扰控制理论的变桨距控制器具有良好的动态性能及对风速扰动的鲁捧性，能够有效改善变风力发电系统桨距控制效果，工程实用价值较高。     

基于ACA-PID算法的风机独立变桨控制

为了缓解大型风机在额定风速以上出现的不平衡载荷问题,针对变速变桨风电机组,给出了一种基于蚁群算法优化PID参数的风机独立变桨控制策略。利用蚁群算法的寻优特性,优化传统PID变桨控制器的参数,使其兼有PID控制的精简性与蚁群算法的自适应性,给出了其具体的实施步骤。构建了风力发电机独立变桨控制模型,对新策略与传统策略进行了仿真与实验。仿真与实验结果表明,基于蚁群算法优化PID参数的风机独立变桨控制策略是有效和实用的,该策略能提高控制系统的动态性能,有效地减少不平衡载荷,改善风机的振动状态。     

基于扰动调节控制器的风力发电机独立变桨距研究

本文将风力机的独立变浆距控制分成两部分设计：一是集中变桨距控制部分;一是修正变浆距控制部分。利用非线性PID控制设计集中变桨距控制器,使风力发电机组的输出功率稳定在额定值附近;利用基于扰动调节控制（Disturb＆rice Accommod＆ting Control简称DAC）器得到修正桨距角,减小风力机各叶片上的载荷。将各叶片的修正桨距角与集中桨距角之和作为对应叶片的独立桨距角输入风力机,实现了对风力机各叶片的独立变桨距控制。     

减小桨叶载荷的风电独立变桨优化控制模型

针对超额定风速下运行的变速变桨风电机组,研究在维持功率额定的条件下,如何减小风剪切效应所引起的不平衡载荷,从而延长风机寿命。首先依据空气动力学原理,以不平衡载荷最小为优化目标,保证输出功率与额定功率的偏差在一定范围内为约束条件,建立载荷优化模型;然后采用非线性最小二乘法,以统一变桨距角为初值,优化计算得到3个桨叶对应的最优桨距角,以该角度为参考值分别进行独立变桨距控制。仿真结果表明,与传统变桨距控制方法相比,所提模型在保证功率维持在额定值附近的前提下,大幅度减少了不平衡载荷,且避免了频繁变桨。     

基于模型预测控制的半潜漂浮式风机协调控制方法研究

研究漂浮式海上风力发电考虑输出功率与机械载荷的协调控制，有助于提高深远海风机运行的经济性和安全性。为实现漂浮式风机的多目标控制，以NREL 5MW半潜漂浮式风机为研究对象，在Matlab/Simulink平台上设计并搭建增益调度多模型预测控制器(gainschedulingmulti-model predictive controller,GM-MPC)。基于各稳态工况下风机开环动态性能的分析以及模型线性化处理，建立半潜漂浮式风机控制模型，与高保真FAST模型仿真对比，验证了所建控制模型的准确性。在实现模型预测的基础上，根据实际风机工况和约束条件，以为减少功率波动、塔架载荷和执行器动作次数为目标，优化求解出每一时刻下的最优控制量，从而实现GM-MPC的滚动优化。为证明控制器的有效性，在多种风-浪联合载荷的工况下，与基于蚁群优化算法的独立变桨控制策略进行了对比实验。结果表明，所设计的控制策略使半潜漂浮式风机在满足功率平稳性的同时降低了机组的机械载荷，使其能适应深远海环境下的复杂运行工况。     

独立变桨距控制策略研究

为解决独立变桨距控制多输入多输出信号之间的耦合问题,侧重于研究独立变桨距的多变量控制技术。建立带卡尔曼滤波器的前馈一反馈线性二次高斯函数（linear quadratic gaussian function,LQG）最优控制,并对统一变桨距控制、独立变桨距控制的标量比例积分（proportional-integral,PI）控制、独立变桨距控制的多变量LQG控制3种情况下的载荷进行对比。结果表明：LQG最优独立变桨距控制比统一变桨距控制和传统的PI独立变桨距控制具有更好的减载效果,更适合大型风力发电机组。     

基于模糊自适应PID的风力发电系统变桨距控制

提出模糊自适应整定PID控制理论设计风力发电系统变桨距控制器。建立了风机及变桨距机构模型,以发电机转速测量值,发电机转速测量值与额定转速相比后误差为输入设计控制器。在随机风作用下对设计的模糊自适应整定PID控制器进行仿真,结果表明基于模糊自适应整定PID控制理论的变桨距控制器具有良好的动态性能及对风速扰动的鲁捧性,能够有效改善风力发电系统变桨距控制效果。     

基于模糊自适应PID的风力发电系统变桨距控制

提出模糊自适应整定PID控制理论设计风力发电系统变桨距控制器.建立了风机及变桨距机构模型,以发电机转速测量值,发电机转速测量值与额定转速相比后误差为输入设计控制器.在随机风作用下对设计的模糊自适应整定PID控制器进行仿真,结果表明基于模糊自适应整定PID控制理论的变桨距控制器具有良好的动态性能及对风速扰动的鲁捧性,能够有效改善风力发电系统变桨距控制效果.     

大型风电机组的动态加权模糊独立变桨距控制

风力发电系统的数学模型具有高度非线性、时变、多变量和强耦合的特点。本文在分析机组特性和变桨距控制要求的基础上,将模糊控制与PID控制相结合,提出一种应用于独立变桨距的模糊PID参数自整定控制器设计方案,并且针对独立变桨距控制系统的稳态功率与减小桨叶受力两个目标,提出一种基于目标的动态加权模糊控制方法。通过仿真证明,在风速高于额定风速时,可以根据风速的变化调整桨叶的桨距角,从而保证在发电机输出功率稳定的前提下,减小桨叶承受的气动载荷。     

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。     

降低海面覆冰载荷影响的近海固定式风电机组安全控制EI北大核心CSCD

海面覆冰载荷是寒冷地区海上风电设计和运营中需要考虑的重要因素。该文建立风扰动及海面覆冰扰动下海上风电机组的T-S模糊增量模型;采用分布补偿控制率,通过控制桨距角增量以达到保持风电机组功率稳定、降低海面覆冰载荷影响的控制目标,基于Lyapunov稳定性理论,利用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法求解相关增益,完成模糊状态观测器及模糊状态反馈控制器的设计,设计过程中考虑H∞性能指标以减少风扰动及海面覆冰载荷扰动对系统的影响。仿真结果表明,所设计的模糊状态观测器能够准确跟踪机组运行状态;所设计的降载控制器可有效降低风扰动及海面覆冰扰动对系统动态性能的不利影响,使风电机组功率及塔顶位移保持在较为稳定的范围内。     

基于RBF神经网络整定PID的 风力发电变桨距控制

为了改善变速恒频风力发电系统在恒功率输出运行区域内的动态性能,在分析系统变桨距控制研究现状的基础上,基于RBF神经网络(RBFNN)整定PID控制理论设计风力发电系统变桨距控制器,建立了风力机及变桨距机构模型,以发电机转速测量值与额定转速相比后误差为输入设计控制器。在随机风作用下对设计的RBFNN整定PID控制器进行仿真,结果表明基于RBFNN整定PID控制理论的变桨距控制器具有良好的动态性能及对风速扰动的鲁捧性,能够有效改善风力发电系统变桨距控制效果     

基于LMI的多目标模糊状态反馈控制器设计研究

为实现使系统同时满足多目标控制要求,并避免设计过程多次反复的目的,提出了基于LMI的多目标模糊状态反馈控制器的设计方法。该方法在TS模糊模型的基础上,将闭环控制系统的稳定性、抗干扰性及极点配置的要求统一到一个线性矩阵不等式组中,通过求解线性矩阵不等式组获得满足要求的控制器参数,利用PDC方法得到整个系统的非线性模糊状态反馈控制器。应用于磁悬浮轴承系统,通过仿真试验,验证了该方法的有效性,系统同时满足稳定性、抗干扰特性及过渡过程特性多个目标要求。     

基于最小化多变量的独立变桨距控制研究

针对大型风力机桨叶承受载荷不均匀的问题,在研究传统的统一变桨距控制策略的基础上,提出了一种基于最小化多变量的优化独立变桨距控制策略。以将风力机桨叶桨距角与发电机转速为控制变量,同时实现多变量最小化,再结合独立变桨距控制,利用bladed软件对该控制策略进行仿真。通过仿真结果验证可知,在风力发电机组获得最大功率情况下,相比传统的变桨距控制策略,该控制策略具有很好的鲁棒性和更好的减载效果,弥补了统一变桨距控制的不足,完全符合大型风力发电机组对桨叶载荷控制的目的。