兆瓦级同步风力发电机变桨距控制策略研究

变桨距风力发电机已成为风力发电机组的主要研究和发展方向,结合长星集团同步风力发电机组,对变桨距控制技术进行了研究,在额定风速以下时实行变速运行,控制发电机的励磁电流从而控制发电机的转速,使得风力机转速能够跟随风速变化,保持最佳叶尖速比使系统获得最大的风能利用系数;额定风速以上时,采用PID控制算法控制桨距角,使发电机输出功率恒定,并提出了实现方法;通过仿真工具进行计算机仿真,验证了本方法的有效性。     

变桨距风力发电机组恒功率反馈线性化控制

在额定风速以上时,为保证风电机组的安全稳定运行,需要降低风力机捕获风能,使风力机的转速及功率维持在额定值,基于微分几何反馈线性化方法,提出变桨距风力发电机组恒功率控制策略.建立了风力机的仿射非线性模型,采用微分几何反馈线性化变换实现全局精确线性化;根据新的线性化模型,以风力机转速为输出反馈变量,叶片桨距角为输入控制变量,设计桨距角控制器;在风速高于额定值时调节风力机维持在额定转速,从而实现额定风速以上的恒功率控制.仿真结果表明,所提控制策略能较好地解决变桨距风力发电机组额定风速以上的恒功率控制问题,控制方法具有较好的适应性和鲁棒性.     

基于方位角权系数分配的独立变桨距控制

风力发电机组功率不断提升,风机桨叶随之增大,风机在额定风速以上运行时,桨叶所受气动载荷逐渐增大,为风机安全运行埋下了隐患,因此希望减小这一载荷。针对这一问题,在充分分析风电机组结构及其运行规律的基础上,依据空气动力学原理,提出了一种基于桨叶方位角权系数分配的独立变桨距控制方法。同时,针对风机输出功率要求稳定的目标,设计了一种模糊-PID控制器。仿真结果表明,风机在高于额定风速以上运行时,这种模糊-PID控制下,基于桨叶方位角权系数分配的独立变桨距控制策略,可以改善风机输出功率并有效地减小桨叶气动载荷。     

风力发电技术与功率控制策略研究

对风力发电技术进行综述,分析研究了变速恒频双馈风力发电机组实现风能最大捕获的功率控制策略,即当风速在切入风速和额定风速之间时,控制发电机转子励磁电流及频率,追踪最佳功率曲线;在额定风速和切出风速之间时,调节风力机叶片桨距角,保持额定功率不变.研究表明,基于风速的功率控制方法,提高了风力发电机组风能利用效率;同时,基于风向标和输出功率的偏航控制策略,能缩短风力机对风时间,提高风力机对风精度和使用寿命.     

风力发电系统独立变桨距载荷优化控制研究

对风力发电系统独立变桨距控制原理进行阐述。建立了风力发电机组桨叶载荷的数学模型,利用Coleman坐标变换实现了将桨叶上的载荷转换成轮毂处倾斜方向和偏航方向的疲劳载荷,并且实现了二者的解耦,简化了控制器的设计;之后利用Coleman逆变换实现了桨距角的微调。该控制系统根据随机风速的变化,利用独立变桨控制对风力机桨叶桨距角进行实时调节,以达到减小风电机组关键部件载荷的目的。仿真结果表明,当风速达到额定值以上时,该控制策略在统一变桨距控制的基础上,不仅保证输出功率近似相等,而且减小了桨叶所承受的疲劳载荷,也减小了风力机组其他关键部件的疲劳载荷。     

MW级风电系统的变桨距控制及载荷优化

针对风速的随机性及不确定性的特性,以及大型变速变桨风电机组(Variable Speed Variable Pitch Wind Turbine,VSVP)在桨距控制过程中,由于其大转动惯量造成发电机转速响应延迟的问题,提出了一种基于卡尔曼滤波算法的风轮气动转矩观测器,并将气动转矩与参考转矩偏差作为控制器输入以及时响应外界风速变化.针对变桨过程中普遍存在的塔架前后振动和传动链扭转振动问题,提出了通过在原有控制策略的基础上采用加速度反馈和阻尼滤波的方式得到附加桨距角和转矩,从而抑制振动的控制方式.利用Bladed编制了外部控制嚣对某2MW风力发电机组进行仿真,验证了该算法的可靠性,将所提出的控制策略应用于MW级风力发电机组,能够改善桨距控制的动态特性,并有效降低关键部位疲劳载荷.     

变速风力发电机组出功控制策略研究

变速风力发电机组通常采用转速控制和变桨距控制相结合的方法,在额定风速以下主要调节发电机的转矩使转速跟随风速变化而变化,以获得最佳叶尖速比;在额定风速以上通过调整桨叶节距,改变气流对叶片攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩,才能使功率输出保持稳定传统PID控制方案在风电控制中仍然发挥重要的作用,先进的控制算法与传...     

风电机组电动变桨距控制系统的优化研究

由于风速的随机性、不稳定性及气动效应的影响,使得风力发电机组变桨距控制系统具有非线性、参数时变性、强耦合等特点,难于实现高精度控制,导致风电机组输出电能质量较差。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能,分析了风电机组变桨距控制系统的现状,建立了整个风电机组模型,提出了优化的变桨距控制策略,并设计了基于模糊控制的变桨距控制器。仿真结果表明,独立变桨距控制技术的控制效果比统一变桨距好,实现了风力机各叶片的优化独立变桨距控制,优化了风力发电系统在超过额定风速时的恒功率控制,具有抗干扰能力强、控制精度高的特点。     

额定风速以上风力发电机组的恒功率H∞鲁棒控制

风力发电机组由于机械结构以及电气负荷承受能力的限制存在着转速限制和功率限制,额定风速以上时,需要通过控制桨距角来实现额定恒功率输出,同时保持转速在额定转速处.本文建立了风力发电机组的详细机理模型,将H∞控制理论应用到额定风速以上时风力发电机组的恒功率输出的控制器设计,建立了标准H∞恒功率控制问题.利用LMI方法求解,得到了桨距角的H∞控制器.仿真结果表明该H∞控制器能够成功实现额定风速以上时的恒功率输出控制,并且具有良好的鲁棒性.     

额定风速以上风切变场中风力发电系统独立变桨鲁棒控制

研究了风切变场中风力发电系统的独立变桨鲁棒控制问题.针对风切变对额定风速以上恒功率控制的影响,设计了一种额定风速以上独立变桨距鲁棒控制器,该控制器由基于自抗扰控制的集中桨距角控制器和基于扰动补偿的独立桨距角控制器叠加而成,其中统一变桨控制器能及时补偿由于风速变化,风力机参数变化导致的系统模型不确定性,并且能有效抑制电磁转矩扰动;独立桨距角控制器能有效抑制风切变引起的转速波动以及叶片拍打方向的机械载荷,对统一变桨信号的频率和幅值变化的鲁棒性较好.理论分析和仿真结果表明了本文所提方法的有效性.     

Adaptive Continuous Neural Pitch Angle Control for Variable‐Speed Wind Turbines

As wind energy becomes one of the fastest growing renewable energy resources, the control of large‐scale wind turbines remains a challenging task due to its system model nonlinearities and high external uncertainties. In this paper, an adaptive neural pitch angle control strategy is proposed for the variable‐speed wind turbines (VSWT) operating in pitch control region. The control objective is to maintain the rotor speed and generator power at the prescribed reference values in the presence of external disturbance, without the need of the information of system parameters and aerodynamics. First, the order of the system dynamics is increased by defining a filtered regulation error. By this means, the non‐affine characteristics of the VSWT model is transformed into a simple affine control problem and thus the feedback linearization technique can be employed. The continuousness of control signal is also guaranteed to relax the requirement on the bandwidth of actuators, and the mechanical load on pitching systems is reduced. Subsequently, an online learning approximator (OLA) is utilized to estimate the unknown nonlinear aerodynamics of the wind turbine and extend the practicability of the proposed adaptive parameter‐free controller. In addition, a high‐gain observer is implemented to obtain an estimation of rotor acceleration, which rejects the need of additional sensors. Rigid theoretical analysis guarantees the tracking of rotor speed/generator power and the boundedness of all other signals of the closed‐loop system. Finally, the effectiveness of the proposed scheme is testified via the Wind Turbine Blockset simulation package in Matlab/Simulink environment. Moreover, comparison results reveal that the introduced solution is able to provide better regulation performance than the conventional PI counterpart.     

Robust nonlinear control strategy to maximize energy capture in a variable speed wind turbine with an internal induction generator

This paper proposes a control strategy to maximize the wind energy captured in a variable speed wind turbine,with an internal induction generator,at low to medium wind speeds.The proposed strategy cont...     

Asymptotic Tracking Control for Wind Turbines in Variable Speed Mode

This paper presents a variable speed control strategy for wind turbines in order to capture maximum wind power. Wind turbines are modeled as a two-mass drive-train system with generator torque control. Based on the obtained wind turbine model, variable speed control schemes are developed. Nonlinear tracking controllers are designed to achieve asymptotic tracking for a prescribed rotor speed reference signal so as to yield maximum wind power capture. Due to the difficulty of torsional angle measurement, an observer-based control scheme that uses only rotor speed information is further developed for global asymptotic output tracking. The effectiveness of the proposed control methods is illustrated by simulation results.      

基于二阶滑模控制的变速双馈风力发电系统最大功率点跟踪

本文提出一种超螺旋二阶滑模控制方案同时实现双馈变速风力发电系统最大风能捕获和无功功率调节.通过设计两个二阶滑模控制器,实现控制目标,降低机械磨损,提高控制精度,通过调节发电机转子电压,跟踪风机最优转速和转子电流设定值,实现额定风速以下的最大风能捕获和无功功率调节.采用二次型李雅普诺夫函数确定控制参数范围、确保系统有限时间稳定性.1.5 MW风机系统仿真实验验证所提方案有效性.     

新型双馈风力发电机有功功率平滑控制策略研究

针对由于风能的不确定性、风力发电机的大惯性以及风力发电系统的响应延迟性等造成的风力发电机输出有功功率在一定范围内有波动的问题,提出了一种新型双馈风力发电机有功功率平滑控制策略。该控制策略在全风速范围内采用变浆与变速协调控制策略,并在其基础上增加了一个有功功率误差控制环节,将转子电压辅助控制指令值作为反馈量加入原来的转子电压控制指令值,通过控制SPWM脉冲发生器来实现风力发电机定子输出有功功率的平滑控制。Matlab/Simulink仿真结果表明,与传统有功功率控制策略相比,该新型有功功率平滑控制策略有效抑制了双馈风力发电机输出有功功率的波动。     

Intelligent control for large-scale variable speed variable pitch wind turbines

Large-scale wind turbine generator systems have strong nonlinear multivariable characteristics with many uncertain factors and disturbances. Automatic control is crucial for the efficiency and reliability of wind turbines. On the basis of simplified and proper model of variable speed variable pitch wind turbines, the effective wind speed is estimated using extended Kalman filter. Intelligent control schemes proposed in the paper mchde two loops which operate in synchronism with each other. At below-rated wind speed, the inner loop adopts adaptive fuzzy control based on variable universe for generator torque regulation to realize maximum wind energy capture. At above-rated wind speed, a controller based on least square support vector machine is proposed to adjust pitch angle and keep rated output power. The simulation shows the effectiveness of the intelligent control.     

风力发电机组的变论域自适应模糊控制

建立了变速变浆距风力发电机组的简化模型。在此基础上，将变论域自适应模糊控制应用到风力发电机组的转速和浆距控制系统中，改善风力发电机组的风能捕获性能。变论域自适应模糊控制器在保持规则形式不变的前提下。论域随着误差的变化而变化。这种控制器不但具有经典模糊控制的优点，如不需要精确的数学模型，产生非线性控制动作，良好的动态性能等．而且具有较高的控制精度。仿真结果证明该方法改善了风力发电机组的控制性能。