基于神经元PID的风力发电机组独立变桨控制

针对传统统一变桨距控制策略存在的不足,基于风力机空气动力学原理,提出了基于神经元PID的独立变桨距控制策略,将测量的桨叶根部My方向载荷通过神经元PID控制算出d、q轴的桨距角,经反Park变换得到3个桨叶的附加桨距角,将其与统一变桨距角相加作为独立桨距角的设定值。并借助Fast软件平台以2MW变速变桨风力发电机组为例,仿真比较了独立变桨距控制策略与统一变桨距控制策略。结果表明,独立变桨距控制策略能有效保证在额定转速下机组输出功率稳定,且能有效降低风力发电机组各零部件的疲劳载荷。     

基于载荷优化的漂浮式海上风力发电机组变桨距控制研究

首先建立漂浮式平台流体动力学模型,重点提出一种变桨距控制的改进方案,针对复杂载荷环境导致的海上风力机系统建模不精确,利用基于先进记忆的控制策略进行桨距角补偿,有效减少了不对称气动载荷和平台运动。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台以NREL-5 MW漂浮式海上风电机组为仿真模型验证改进控制器的有效性。分析和仿真结果表明,相比传统的独立变桨控制,改进的控制器在减少疲劳载荷和平台振荡有更好的性能,提高了系统的稳定性和可靠性。     

漂浮式海上风力发电机组独立变桨距控制技术研究

主要研究了漂浮式海上风力发电机组的独立变桨距控制技术。首先概述了当前海上风电的发展情况,重点介绍漂浮式海上风力发电机组,分析了漂浮式平台的流体动力学和运动学特征,建立了平台的模型方程。借鉴陆上风力发电机组独立变桨距控制器的控制策略,将平台的纵摇、艏摇和发电机的输出功率作为变桨距控制器的控制目标,针对风力发电机的非线性设计了专家PID控制器,利用d-q坐标变换技术将控制量分配到3个桨叶。为了验证控制器的可行性,在国外成熟的风力发电机非线性模型FAST上进行仿真试验,将结果与不对平台运动进行控制时和采用统一变桨距控制器时的结果进行对比,对比结果表明独立变桨距技术能有效减小平台的纵摇运动,并且对输出功率的影响较小。     

基于载荷估计的风力发电机组独立变桨距技术研究

研究基于载荷估计的风力发电机组独立变桨距技术。传统的独立变桨距控制技术需测量叶根弯矩作为目标值,且需在每个桨叶上安装载荷传感器,增加了安装和维护成本,同时会引入测量噪音,基于载荷估计的独立变桨距技术能很好地克服上述问题。分析风力发电机组载荷的主要来源及其影响程度,建立风载荷的过程模型,并以此构建载荷估计器。在NREL建立的风力发电机组模型FAST上对载荷估计器进行验证,并与传统方式进行对比,结果表明:基于载荷估计的独立变桨距控制器在一定程度上可消除风力发电机组上的不平衡载荷,与统一变桨距控制相比,叶轮的俯仰力矩最大峰值减少23%,偏转力矩的最大峰值减少15%,与传统独立变桨距控制技术相比,成本大大降低。     

永磁同步风力发电机转速桨距综合功率控制策略研究

控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键,文章在分析变速变桨距风力发电机特性的基础上,针对永磁同步风力发电机,提出了一种综合控制策略,研究了变桨距控制和基于转速外环、电流内环的电机侧矢量控制;并且对描述发电机工作过程的风速模型、空气动力学模型、机械传动模型、发电机模型、控制系统模型等进行了研究,基于Matlab/Simulink搭建了模型,对风速变化时机组运行情况进行了仿真,验证了所建模型的合理性及控制策略的正确性。     

风力发电机多域物理建模方法及独立变桨模糊控制器优化研究

针对独立变桨风力发电机,分析了风力发电机运行原理,基于以上原理在Matlab下分别建立了1.5MW独立变桨风力发电机的监测控制系统、独立变桨距控制系统、偏航控制系统、液压执行器系统和电网系统的物理模型,设计了独立变桨距控制模糊PI控制器,与传统PI控制器进行了仿真对比。仿真结果表明了该物理模型的正确性,对比结果表明,模糊PI控制器不仅能提高节距角跟踪精度而且能够稳定输出电压和输出功率,同时也减小了拍打震动和桨叶载荷。     

减小风力机1P气动载荷和3P气动转矩脉动的独立变桨距控制策略研究

为研究风切变和塔影效应对三叶片风力机气动载荷、气动转矩以及输出功率的影响,根据风切变和塔影效应的风速模型,引入等效风速模型,推导分析风力机1P(P为风轮旋转频率)气动载荷和3P气动转矩脉动的形成机理,并基于GH Bladed仿真平台验证这2种脉动的存在性。为减小这2种脉动对风力机产生的影响,基于变桨控制,设计带通滤波器过滤出风力机输出功率的3P脉动分量,并结合方位角信号将其转换为每支叶片的桨距角调节信号,与统一变桨控制的桨距角参考信号叠加,实现基于输出功率和方位角联合反馈的独立变桨距控制。仿真结果表明,所提独立变桨距控制策略不仅能有效缓解风力机1P叶根挥舞载荷脉动,还能明显减小气动转矩和输出功率的3P分量,从而在减小风轮疲劳载荷的同时提高风电机组输出电能质量。     

基于变桨距控制策略的异步风电机组暂态稳定性研究

为了提高和改善在电网故障下并网风电机组的暂态稳定性,该文以并网笼型异步风力发电机组为例,考虑风力机传动链柔性带给机组振荡的影响,在典型变桨控制策略的基础上提出了一种增加以风力机转速为控制量的分阶段控制策略.通过建立并网异步风力发电机组的电磁暂态模型,基于Matlab/Simulink仿真平台,应用改进的变桨距控制策略,对电网三相对称短路故障下并网异步风力发电机组的暂态运行特性进行了仿真,并将其结果和多种不同变桨控制策略以及无功补偿策略的结果进行了比较.仿真结果验证了该文提出的变桨距控制策略能有效改善风力发电机组的暂态稳定性.     

不同工况下风力发电机传动系统动态外载荷计算

综合考虑风轮非定常气动载荷计算模型、传动系统动力学模型、双馈发电机模型和变速变桨距控制模型,建立风力发电机传动系统在不同工况下的动态外载荷计算模型。使用所建立的计算模型对变速变桨距型风力发电机分别在启动、运行和制动时的外载荷进行计算分析,得到增速齿轮箱的输入载荷变化规律及其影响因素。     

风力发电系统权系数独立变桨距矢量控制

风电系统具有多变量、非线性以及不确定等特点,为了减小叶片不平衡载荷造成的机组疲劳和振动,在2 MW风力发电系统中采用了基于权系数的独立变桨距矢量控制。在MATLAB软件中建立机组的数学模型,与统一变桨距系统的控制效果进行比较,通过仿真验证了权系数独立变桨距矢量控制方案的合理性和优越性。     

基于改进无模型自适应控制的漂浮式海上风机转矩-变桨协调控制策略研究

针对漂浮式海上风机建模困难、频繁变桨造成的严重疲劳损伤等问题,提出一种基于改进无模型自适应控制的转矩-变桨协调控制策略。该策略不依赖漂浮式海上风机的数学模型,通过集成迭代学习控制策略改进无模型自适应控制方法,设计发电机电磁转矩和桨距角作为控制变量的多输入多输出控制器进行协调控制,允许非零度桨距角下风机用做动能缓冲,在平滑输出功率的同时减少变桨动作量。为证明所提出控制策略的有效性,在多种风场景下,与增益调度PI控制等方法进行了对比实验。结果表明：所提出的控制策略使漂浮式海上风机在满足发电功率平稳性的同时减缓了漂浮平台的俯仰运动,可有效降低漂浮式海上风机的疲劳载荷。     

基于额定风速以上的风力机变桨控制研究

变桨控制系统是变速变桨风力发电机组的重要组成部分,它不仅关系到大型MW级风力发电机组的安全运行,而且能控制风力发电机组,使其吸收更多的风能。文章基于2.0 MW变速变桨风力发电系统,采用PI控制策略,提出了增益调度控制算法,计算了PI增益随风速变化而变化的数值。通过调用线性化结果文件,设计了风力发电机组控制器回路,得出了满意的响应结果。最后基于GL规范,在湍流风的情况下对关键零部件是否加控制策略所得到的载荷进行了对比,结果显示关键零部件的载荷有显著降低,满足控制策略设计的要求。     

基于H_2/H_∞混合优化的大型风电机组变桨距鲁棒控制技术研究

基于线性矩阵不等式(LMI)设计多目标鲁棒H2/H∞状态反馈变桨距控制器,并通过极点配置,保证闭环系统的动态和稳态性能。变桨距控制器设计时充分考虑了减缓传动链疲劳载荷,达到减小机组关键部件载荷的目的。使用FAST软件进行仿真,仿真结果表明新型控制策略可有效平稳风电机组输出功率并降低机组疲劳载荷,实现了优化H2/H∞鲁棒控制性能。     

载荷优化的海上漂浮式风电机组二阶滑模变桨控制

针对强非线性、强耦合的海上漂浮式风电机组动力学系统,提出一种基于二阶滑模的统一变桨控制策略,解决受海浪风速等随机干扰引起浮式支撑平台运动而产生的疲劳结构载荷及功率波动问题。构建漂浮式风电机组的不确定仿射非线性模型,基于风电机组“额定转速”设计积分滑模面,此“额定转速”不再是恒定值,而是取决于平台纵摇速度的变量,基于超螺旋算法实现二阶滑模变桨控制律。采用FAST和Matlab/Simulink联合仿真,所提出的方案与传统PI控制相比,对稳定高风速时风力发电机功率,抑制浮式支撑平台运动及减少叶根载荷具有更好的控制作用,对塔基也有较好的减载作用。     

带有RCC的异步风力发电机系统的特性分析

介绍了带有转子电流控制器（RCC）的变桨距调节异步风力发电机系统的基本原理及其控制策略。基于Saber仿真软件，建立了变桨距风力机、绕线式异步发电饥、转子电流控制器以及风速等的仿真模型，并以此为基础深入研究了该类风力发电机系统的运行特性。仿真分析表明，引入转子电流控制可以明显改善发电机的输出电能品质，降低变桨距风力机的调节频率，延长变桨距机构的使用寿命。制作了一套7．5kW模拟异步风力发电机的RCC系统，对带有RCC的异步风力发电机系统进行了模拟实验研究。     

基于NMPC-PID的风力机独立变桨距控制策略研究

针对独立变桨风力发电机组叶片承受的不平衡载荷,尤其是随机性载荷问题,通过对其桨距角控制原理以及桨叶载荷数学模型的分析研究,提出结合神经网络、模型预测控制和自适应PID(NMPC-PID)的复合控制策略。采用Coleman坐标变换将叶片不平衡载荷分解为俯仰载荷和偏航载荷,跟据桨叶载荷的变化,对桨叶桨距角进行实时控制,以达到减小风电机组桨叶不平衡载荷的目的。以某2 MW风力发电机作为验证对象进行仿真研究,结果表明,当风速达到额定值以上时,该控制策略能降低桨叶所受不平衡载荷,减小转矩波动,提高风力机工作效率。     

风力发电系统大范围功率可调控制研究

为了从机械侧和电气侧深度管理负荷,分析了现有变速变桨风力发电系统(WTGS)的运行特性,提出在额定风速以下,通过桨距角控制和发电机控制联合调节进行限功率跟踪,给出了变速变桨等多自由度运行模式下的解耦协调控制策略;考虑限功率跟踪与最大功率跟踪的兼容性,建立了WTGS全工况下大范围功率可调的整体控制策略;采用PID增益调度技术,结合非线性测度指标减少工况点划分数量,基于T-S模糊逻辑定义增益调度算法,完成WTGS全工况控制系统的设计.针对2MW容量WTGS的一般非线性模型,在额定风速以下完成了功率跟踪仿真实验.结果表明:该大范围功率可调控制系统能够实现对功率调度值的良好跟踪,使WTGS具备了全面的负荷管理能力.     

基于LMI的5MW海上风力发电机组载荷控制技术研究

当风速大于额定风速时,通过调节桨距角可以限制输入气动功率和风轮转速,使等效在低速轴上的发电机转速更好地跟踪风轮转速,从而减小低速轴扭矩,实现风机叶片、塔筒和传动链的动态载荷控制。文章基于线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)设计多目标鲁棒H_∞/H_2状态反馈变桨距控制器。设计变桨距控制器时充分考虑了海上机组的运行环境,分析了海浪对机组产生的影响,控制目标选取机组的功率和机组的关键部位疲劳载荷,在保证功率稳定输出、减小功率波动同时,减小机组载荷。使用MATLAB和FAST软件进行联合仿真,仿真结果表明新型控制策略可以有效平稳风电机组输出功率并降低机组载荷,实现了优化H_∞/H_2鲁棒控制性能。     

基于LQR方法的大型风力机转矩控制建模与仿真

当风速高于额定风速、小于切出风速时,恒电机转矩控制易导致传动链扭矩大幅波动,降低风力发电机组关键零部件的疲劳寿命。针对该问题建立基于状态空间的传动链线性化模型,采用线性二次型调节器(LQR)方法设计风力发电机的转矩控制器,将传动链一阶扭转模态对应的闭环极点向复平面的左侧移动,实现对传动链的动态加阻。通过Matlab7.1/Simulink中的控制器与FAST风力机模型的联合仿真表明该控制方法的有效性,即可提高传动链的阻尼,降低风力发电机组关键零部件的载荷。     

基于独立变桨距技术的风力发电机组载荷控制研究

研究了基于独立变桨距技术的风力发电机组的载荷控制,研究方法主要从空气动力学入手,建立了风力发电机组独立变桨距系统的多输入多输出线性化模型,利用d-q坐标变换将旋转坐标系下的载荷转换到固定坐标系下,设计模糊控制器,对d轴和q轴的载荷分量分别采用模糊PID控制.为了检验该控制方式的效果,在半物理实验平台上进行相应的仿真实验...