叶片和塔架振动对风电传动系统外载荷的影响

应用二结点梁单元建立风力发电机叶片和塔架的结构模型,并结合风力发电机叶片的气动载荷计算模型、传动系统模型、发电机模型和变速变桨距控制系统模型,得到可考虑叶片和塔架结构动力响应影响的风力发电机传动系统动态外载荷计算模型。应用该动态外载荷计算模型,计算风力发电机传动系统在正常运行条件下的动态外载荷,并对叶片和塔架结构振动对风力发电机传动系统动态外载荷的影响进行分析。     

随机风速下风力发电机传动系统动态外载荷计算

通过建立实际风场的随机风速模型、风轮气动性能模型、传动链模型、发电机模型,获得了风力发电机整机的动力学分析模型。根据变速风力发电机的控制策略,计算了随机风速和发电机负载条件下传动系统的动态外载荷,并比较了采用刚性、柔性传动链模型对传动系统动态外载荷的影响,为进一步研究风力发电机齿轮传动系统的动态特性及可靠性奠定了基础。     

大功率风力发电机在全工况下的独立变桨距控制策略研究

研究在全工况下如何通过独立变桨距来减小机组关键零部件的疲劳载荷,考虑风剪造成的1 P不平衡载荷,采用LQR方法设计风力发电机的独立变桨距控制器,由于单纯采用基于状态空间的独立变桨距控制导致系统鲁棒性较差,因此引入带增益调度的统一变桨距控制,在统一变桨距的基础上附加独立变桨距。以5 MW变速变桨距风力发电机组为验证对象,基于NREL开发的FAST软件与Matlab 7.1/Simulink平台,在Simulink中实现风力发电机控制,并将控制信号返回FAST进行风力发电机的非线性仿真,在全工况下对独立变桨距控制策略与统一变桨距控制策略进行仿真验证。结果表明:相对统一变桨距控制,所提出的在全工况下带增益调度的独立变桨距控制,在保证额定转速下保持稳定的电功率输出的同时,能有效降低零部件疲劳载荷。     

变速风力机变桨距系统建模与仿真

变速风力发电机组一般采用变桨距控制来稳定输出功率,但是桨距角的改变会引起攻角的改变,从而引起叶片气动性能的改变,所以在变桨距控制过程中,必须保证合适的攻角,以确保风力机具有良好的气动性能。采用统一变桨距控制方法,在matlab/simulink环境下,通过预测攻角仿真研究了变速风力发电机组的变桨距控制过程,结果表明,该控制模型能正确模拟各种风速下风力发电机组变桨距的动态过程,为进一步研究变速风力发电机的功率控制奠定了基础。     

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。     

变桨距风力发电机额定风速的确定方法

根据风速的Weibull分布特性和变桨距风力发电机的发电特性,构建不同额定风速下风力发电机年发电量计算方法.应用美国可再生能源实验室(NREL)对风力发电成本的研究成果,建立了变桨距风力发电机发电的度电成本数学模型,提出了以度电成本最低为目标的额定风速确定方法,为变桨距风力发电机的额定风速最优选择提供了计算依据.     

大型风力发电机变桨距控制的建模及仿真研究

采用机理建模方法建立变桨距风力发电机组的各个部件的子模型,包括风速、风轮、传动系统和发电机模型,然后组合成整个机组的数学模型,并采用PID控制算法实现风力发电机组在低风速及高风速下对风能利用率的最大化,最后运用Matlab软件的Simulink环境进行仿真验证。     

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。     

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。     

变速恒频风力发电系统及其控制技术研究

为了最大限度地利用风能,风力发电系统应采用变速恒频控制策略。分析了鼠笼异步发电系统、双馈发电系统、无刷双馈发电等变速恒频风力发电系统的原理、性能及特点,通过对比各种风力发电机和各种控制方法的优缺点,对未来风力发电机和风力发电控制技术的发展趋势做了展望: 风力发电机大型化;采用变桨距和变速恒频技术;风力发电机采用直接驱动;采用智能化控制等。     

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。     

风力发电传动系统的建模与数字模拟研究

通过分析风力发电机组中传动系统的特性,针对不同类型的风力发电机组提出了灵活的传动系统建模方法(包括4种模型:刚性轴感应发电机模型、柔性轴感应发电机模型、刚性轴变速发电机模型和柔性轴变速发电机模型),并采用数字模拟方法在软件中加以实现,与商业风力机计算分析软件GH-Bladed中的风力发电系统运行结果进行对比,验证了模型的准确性,运行结果表明,该文提出的建模方法能够满足不同传动系统的惯性要求,并且能方便的在软件中根据实际风力机参数进行模型选择和参数设置,为实验室模拟风力发电系统提供了理论依据和模拟方法。     

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。     

大型风力发电机风能利用系数参数拟合的研究

通过分析变速变桨距风力发电机模型,利用最小二乘法对风力机采样数据进行曲面拟合,并对拟合曲面进行线性化求解,设计出一种辨识分析风力发电机风能利用系数的方法。通过理论分析和实际算例验证,表明该方法拟合的风能利用系数具有较好的准确性,适合应用在不同风速条件影响下的风力机系统模型中。     

变风载下风力发电机齿轮传动系统动力学特性研究

根据风力发电机齿轮传动系统所处的由随机风速引起的复杂变工况环境,用自回归AR风速模型模拟实际风场的风速,获得了由随机风速引起的时变风载荷;采用集中质量参数法建立了传动系统的纯扭转动力学模型,求得了系统的固有频率和阵型;研究了传动系统在时变风载下的动态特性,求得了各齿轮的振动位移和各齿轮副的动态啮合力,为风力发电机传动系统的动态性能优化和可靠性设计奠定了基础。     

基于PID控制的变速恒频风力发电机组液压变桨距控制系统研究

文章分析了变桨距控制原理,对变速恒频风力发电机组各部分数学模型进行了分析与研究,在此基础上,建立了变速恒频风力发电机组PID液压变桨控制系统仿真模型,在matlab/simulink环境下对未加PID控制器与加PID控制器两种情况下的系统进行了仿真研究。仿真结果表明,PID控制器能改善风力机桨距控制效果,更好地捕获风能,稳定风力机功率输出。     

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...     

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。     

变速变桨距风力发电机气动特性研究

基于动量叶素理论,考虑了叶尖损失、风轮锥角以及修正的轴向和切向诱导因子等因素的影响,推导出速度诱导因子的迭代计算公式。考虑了影响风力发电机气动性能的各种因素,较为准确地建立了风轮计算模型。结合实例计算分析了速度诱导因子及叶片受力沿叶片展向的分布规律,分析了桨距角、转速和叶尖速比等参数对风力机气动特性的影响,得到风力发电机的气动特性曲线。在此基础上,分析了提高风力机风能利用率和减小载荷波动的方法,为风力发电机的动态设计及运行特性分析奠定了基础。