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。     

变速变桨风力机的自适应变桨及转矩控制

针对风力机特性仿真结果的不准确性,风力机在运行过程中运行参数的变化导致最初选定的名义桨距角可能不是最优值,以及传统变桨可能导致电机转矩波动过大的问题,提出自适应变桨控制策略和线性二次型调节(linear quadratic regulator,LQR)转矩控制策略。以5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,使用Matlab/Simulink和FAST软件进行联合仿真,仿真结果表明所提出的控制策略能很好地解决桨距角最优值的确定以及在额定风速以上电机转矩波动过大的问题。     

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。     

兆瓦级风力发电机变桨控制系统设计与应用研究

通过分析风力机的空气动力学特性,对大型的变速恒频风力发电机进行了建模分析,设计了有效的变桨控制策略。以1.25MW风力发电机组为例,验证了设计的变桨控制器具有良好的快速性和稳定性。目前,该变桨控制器已经成功应用于工程实践。     

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。     

GH Bladed和Matlab的交互软件设计及风力发电机的独立变桨控制器仿真研究

在风力发电机的设计过程中,设计人员常需借助于一些专业的风力机设计软件,如GH Bladed等。GH Bladed是一款工业级的风力机设计仿真软件,它具备了一些基本的风力机设计和验证工具,但是还不是十分全面,它的外部控制器的编写也不方便。利用命名管道技术、Matlab Engine技术设计出交互软件,使得GH Bladed和Matlab能够同步对风力发电机进行仿真,进一步扩展了GH Bladed的分析功能,方便了外部控制器的设计。利用已设计的交互软件进行了独立变桨控制器的设计和验证,并利用Matlab对独立变桨控制前后桨叶根部弯矩负载进行了分析,仿真结果表明该减振控制策略可以有效的减弱振动中的1P分量。控制策略的仿真实现过程也表明利用软件平台可以快速实现相应的控制算法,同时可降低数据分析的难度。     

新型风力发电机组变桨控制算法研究

变桨控制系统是变速恒频风力发电机组的重要组成,它不仅关系到大型兆瓦级风机的安全运行,而且对风能吸收具有较好的控制作用。其中变桨控制算法是其控制系统的核心部分,它能减小整机机械载荷,为风机功率稳定输出做出重要贡献。这里基于2 MW双馈风力发电系统,提出具有转速二阶陷波滤波器的增益调度-神经网络PI控制算法,使风机能以最佳速率变桨到最佳桨距角位置,从而输出稳定功率,减小整机振动。最后对2 MW双馈异步风机变桨控制进行仿真和实际监控图分析,结果表明该控制算法具有良好控制效果。     

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。     

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。     

大型风机的电伺服独立变桨控制系统研究

针对大型风机桨叶负荷波动和变桨控制系统对位置精确控制的特殊需求,在风机的空气动力学的基础上,理论分析并计算了桨叶的变桨距载荷,并以此为依据对伺服电机选型,基于提出的模糊自适应PID控制策略,设计了电伺服变桨控制系统的位置控制器,使其满足高性能伺服系统的精确桨叶位置和快速动态响应等性能要求。在上述研究基础上,搭建了电伺服独立变桨驱动控制系统的硬件平台。实验结果不仅验证了电伺服控制策略的正确性和有效性,而且证明了所设计的电伺服独立驱动控制系统能够实现精确定位和快速跟踪,满足大型风机变桨所需的响应速度和伺服精度。     

750千瓦大功率风力发电机研制成功

20 0 3年 8月 ,国家级技术创新项目——— 75 0千瓦风力发电机在中国北车集团永济电机厂研制成功 ,该电机是为国产大型风力发电设备配套研制开发的新型并网型异步发电机 ,是我国风电装备国产化的又一重大进展。至此 ,永济电机厂的风力发电机形成了 60 0千瓦、 660千瓦、 75 0千瓦 3大系列产品 ,并投入批量生产。目前 ,该厂正致力于兆瓦级大型风力发电机及控制系统的国产化研制和开发。750千瓦大功率风力发电机研制成功     

风力发电机组变桨系统故障分析

在风力发电系统中,变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行,影响风力机的使用寿命。通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡及减小机舱振荡,不但优化了输出功率,而且有效地降低了噪声,稳定发电机的输出功率,改善桨叶和整机的受力状况。变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性,因此现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。     

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。     

风力发电机组优化变桨距控制研究

风速变化的随机性和风力机叶轮巨大的转动惯量导致风力发电机对风速突然变化的动态响应通常都是时间滞后的,这可能会使叶轮转速和输出功率出现较大波动。基于线性二次高斯（LQG）优化控制理论提出变桨距优化控制方法,与传统的PI变桨距控制相比,可以抑制叶轮转速和功率波动。以2 MW变速变桨风力发电机组为实验对象,采用FAST-MATLAB/Simulink联合软件平台分别对LQG优化变桨距控制和传统PI变桨距控制进行仿真分析,证明LQG优化变桨距控制在抑制叶轮转速和功率波动方面的有效性。     

浅谈风力发电机组的液压和电动变桨系统

全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机组均采用了变桨距技术,变桨距控制与变频技术相配合,提高了风力发电机的发电效率和电能质量,使风力发电机组在各种工况下都能够获得最佳的性能,减少风力对风机的冲击,它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。变桨距控制按执行机构可分为液压变桨和电动变桨两种类型,以Vestas公司的液压变桨系统和Mita-Teknik公司的电动变桨系统为例,对这两种变桨系统的结构及特点进行了分析。     

风力发电机变桨系统

变桨系统是风力发电机的重要组成部分,本文围绕风力发电机变桨系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述.     

变速变桨风力发电机组塔架的侧向振动控制

针对结构阻尼很小的大型兆瓦级变速变桨(Variable Speed and Variable Pitch,VSVP)风力发电机组如何抑制塔架的侧向振动问题进行研究,提出在控制器的设计中,借助反馈增益并使用塔顶振动加速度测量值来确定附加的电机转矩设定点,并在反馈控制回路中使用椭圆带通滤波器和切比雪夫低通滤波器,进而改善塔架侧向振动阻尼。以某5 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进行仿真验证。结果表明:所提出的控制策略能够有效降低塔架的侧向振动位移,且对叶轮转速和电机扭矩没有太大影响。     

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。