基于Bladed软件的风电机组变桨距控制系统设计

随着风力发电机组向着大型化发展,单机容量在不断增加.为了满足风力发电机组功率输出稳定和减小风力发电机组载荷的要求,大型风力发电机组基本上都采用了变桨距控制技术.通过阻力系数和风能利用系数的数学关系推导出阻力系数与风力发电机功率输出的关系,在模拟叶片老化中引入风机的失效运行状态,提出在失效运行状态下采用变桨距控制与调整发...     

基于二分法的双馈风力发电机组功率协调控制策略研究

提高风力发电机组有功功率的主动控制能力,对促使风电场满足电网有功输出要求,推动风力发电持续发展具有重要作用。为实现对双馈风电机组有功输出的主动控制,对双馈风力发电机组的功率关系及其调控方式进行分析,提出了基于二分法的有功功率分层协调控制策略:以变桨距控制作为外层控制,对机组输出功率进行粗调;在变桨距控制的基础上,以变速控制作为内层控制,利用二分法确定机组的最优转速,对机组的输出功率进行微调,从而实现对机组有功输出快速准确调整。最后,利用PSCAD仿真平台对控制策略进行验证,仿真结果表明该控制策略是可行的。     

基于变桨系统的功率与载荷双目标协同控制

为了保证机组功率的稳定及尽可能降低机组载荷,以600 kW水平轴海流能发电机组为对象,围绕功率和载荷2个方面设计基于功率与载荷双目标的协同变桨控制策略. 在功率方面,基于黄金分割法将流速段分割,每段采用不同的fuzzy PID控制;在降载方面,采用d-q变换的方式,从叶轮坐标系将叶根弯矩变换到d-q坐标系,实现了三维转二维的简化,基于PID进行控制,经过Coleman反变换将结果输出给变桨执行机构,完成独立变桨. 通过Matlab/Simulink 和海流能分析软件Bladed进行联合仿真. 结果表明,采用该控制策略,可以在保证功率稳定的同时,显著降低叶轮的不平衡载荷.     

基于MRAC风电系统的MPPT控制策略

针对风力发电机组复杂多变量非线性系统的不确定性和多干扰等特点,提出了一种新的最大功率点跟踪(MPPT)控制策略,采用模型参考自适应(MRAC)方法对变速风力发电机在风速变化条件下进行控制,使风力机获得最大风能,实施最大功率点跟踪控制.设计了一套基于TMS320LF2407A和TMS320VC33双DSP的风力发电系统.实验结果表明,这种控制策略比传统PID控制器能更有效地减少振荡,较快地达到稳态,提高了风能转换系统的效率和质量,很好地实现了变速恒频双馈风力发电机最大功率点跟踪控制.     

1MW风力发电机组的风轮功率特性

以1MW风力发电机组的风轮功率特性为例,采用动量叶素理论,推导出风力发电机组风轮输出功率的计算模型.对风速随高度变化和垂直切变的影响进行了分析,并利用泰勒级数对推导得出的风速模型进行化简,将其转换成关于叶片半径和方位角的表达式,从而对风速作用在叶片上的能量进行计算.结果表明,单只叶片的功率随叶片旋转方位角变化呈周期变化,且单只叶片功率变化的最大差值为150kW; 同时,3只叶片在风轮片面内均匀分布安装时,输出功率的脉动很小,与理论分析基本 一致.     

风电场有功功率控制降功率优化算法

针对风力发电场有功功率控制过程中风力发电机组频繁启停的问题,提出了一种启停风力发电机组最少的风电场有功降功率控制算法,用于改善风电场输出电力的平稳性,减小对电网的冲击.该算法将风力发电机组按对风电场降功率调整的贡献能力分为可控机组和不可控机组两类,分别建立了可控机组停机数量模型及降功率分配模型.应用实验表明,该算法可以...     

叶片刚度对风力发电机组载荷的影响

为了研究受叶片刚度变化影响的载荷灵敏度问题,提出利用柔性多体动力方程对全耦合风机进行建模的方法,并考虑叶片旋转时产生的空气动力、重力及离心力作用对叶片进行模态分析,求解叶片的气动阻尼.运用Newmark法对风力发电机组叶片进行动态分析计算,得到总的动态响应载荷.以某3 MW风力发电机组为例,计算叶片在不同刚度下的载荷敏感度,仿真其在额定风速下的正常发电情况,获得其叶根、塔底、偏航轴承以及轮毂的载荷.仿真结果表明,叶片刚度降低导致叶根载荷减小,但是塔底、偏航轴承载荷增加;叶根XY、塔底Z、偏航轴承Y及轮毂Z方向载荷变化较为敏感.     

直驱风电机组变速恒频的控制策略

为了实现变速恒频的控制目的,从空气动力学的基础理论 入手,分析了风力发电机组运行时的最大风能追踪原理,通过构建风机受力模型,推导出理 论风能利用系数.着重分析了变速恒频控制原理及运行方式,提出了可靠的控制策略,通过 在不同风速下对风机转速和功率曲线关系图的分析比较,得出一条最佳功率曲线,控制风机 沿着该条曲线运行便可获得最大输出功率.     

MW级变速恒频风力发电机组的一种复合控制方法

分析和建立了兆瓦级风力发电机组各部分机理模型以及有效风速的模型,针对变速恒频风力发电机组(VSCF)在低风速最大风能捕获和高风速额定功率保持的控制目标,提出了间接控制策略(ISC)和模糊滑模控制方案,并对一个实际系统在各种风况下进行仿真实验。仿真结果验证了系统控制策略的可行性,该变速变桨距风力发电系统在全风速下均能获得最佳功率,并且系统具有优良的鲁棒性。     

变速恒频风力发电机组的建模与仿真

通过机理建模法对变速恒频风力发电机组进行建模,建立了其风速、风轮气动、传动系统以及发电机的数学模型,在Matlab/Simulink环境中搭建了各个环节的模型,并针对低于额定风速时的转速控制和高于额定风速时的功率控制,采用PID控制方法对所构建的模型进行仿真控制,实现低风速和高风速时的控制目标,仿真结果验证了所构建模型的正确性和可行性.     

考虑尾流效应的双馈风力发电机组并网频率控制策略

双馈风力发电机组并网时转子与电网频率解耦,导致其无法响应电力系统频率的波动。风力发电机受到尾流效应的影响,同一风电场内的风力发电机运行状态不尽相同。因此,在考虑尾流效应的基础上,采用转速与变桨距协同频率控制策略,通过控制双馈风力发电机转子转速和桨距角,使其保留一定的有功功率参与电力系统调频。     

基于最大功率追踪的双馈风力发电机直接转矩控制

根据风力涡轮机的工作原理及风电控制系统的特点,构建了以双馈感应电机为对象的变速恒频风力发电系统,为克服大风扰动对风电机组有功功率的影响,提出了采用融合最大功率追踪算法和直接转矩控制算法的控制策略,以提高功率控制的平稳性.以某风场1.5 MW双馈式风力发电机为参照,搭建机组的Matlab仿真模型,对不同风速扰动下的机组功率控制进行仿真,仿真结果验证了控制策略的可行性和有效性.     

双馈风电系统全风速下的功率控制策略

为了实现全风速条件下的功率调节,对双馈风力发电机组的功率控制策略进行了研究。额定风速以下采用基于叶尖速比的最大功率追踪控制,实现最大风能捕获;额定风速以上采用变桨距角控制,输出功率维持恒定,保证整个系统安全稳定地运行。利用MATLAB建模并进行了仿真,仿真结果表明：在较大的风速变化区间内,双馈风电机组能实现对输出功率的有效调节,两种功率控制策略切换时系统能保持较好的稳定性。     

风电机组气动载荷控制策略

针对风电机组在风切效应影响下,较大尺寸的桨叶会加剧风轮所承受的不平衡气动载荷问题,提出了基于改进离散模糊控制的同步变桨距和基于桨叶方位角权系数分配的独立变桨距联合控制策略.通过主动变桨距控制来实现风电机组输出功率的稳定,同时降低风轮所承受的轴向气动载荷.仿真结果表明,此联合控制策略在风电机组的额定工作区间,不仅可以使风电机组的输出功率稳定在额定功率附近,而且还可以有效地抑制其轴向气动载荷,也直接证明了所提出的控制策略的有效性.     

海上风力发电机组塔架海波载荷的分析

由于海上风力发电机组的外界载荷条件比陆地上的风力发电机组更加复杂,因此在机组设计中要考虑到海上风机载荷条件.在研究海波性能和运动规律的基础上,给出了海水中的塔架载荷的计算公式;针对海上风力发电机组的结构特点,将研究的海波载荷计算方法用于风机的塔架载荷计算,以1.0 MW风力发电机组为例,对塔架所承受的海波载荷和风载荷进行了计算,经过对比分析可知,风载荷大于海波载荷并为同一数量级的载荷,因此,在设计中更应注意这两种载荷的耦合作用.     

大型风力发电机的典型控制策略

介绍了大型水平轴风力发电机组所采取的三种典型控制策略的理论依据和技术路线。     

基于声纹的高泛化性风机叶片异常检测方法研究

对风力发电机组叶片异常检测进行研究,发现依靠单台风力发电机3个叶片声纹之间的参考和对比即可诊断该台风力发电机叶片是否故障.为此,该文提出基于聚类和中值收敛的周期性音频切割方法,对声纹进行有效的切割,减少了计算量,为后续异常检测提供了基础.采用风力发电机组3个叶片之间的稳态差异法对异常进行检测,绕开了待检物,信道等变化所...     

风力发电机组叶片有限元建模及静力学探析

以1.5 MW风力发电机组复合材料叶片为研究对象,采用三维建模软件SolidWorks建立复合材料叶片三维几何模型,依据相关标准计算叶片在额定风速10.4 m/s下的外界载荷,并对复合材料叶片4个部位施加远端力和力矩模拟风力载荷,准确分析复合材料叶片在额定风速下各轴向上的应力和位移,并对其材料强度和位移与安全许用规范进行对比分析。结果表明：复合材料叶片各个轴向上的位移和应力均符合工程规范标准及设计要求。可为风力发电机组叶片设计、制造提供参考。     

基于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究

为了研究大型风力发电机组叶片的气动性能,提出了基于CFD技术的叶片气动性能分析方法.该方法采用RANS方程结合SST湍流模型,以实现对大型风机叶片二维翼型气动性能和三维气动性能的分析预报.在此基础上,采用二维方法分析了NACA64-618翼型-180°～180°攻角下的气动性能,获得了其失速攻角,与试验数据的比较证明了该方法的准确性;建立了2MW大型风机三维叶轮模型,采用三维方法分析了其气动性能,与GHBladed软件计算结果比较证明了三维方法的可行性.最后,对2MW风机翼型进行了优化,改善了其气动性能.研究方法对于大型风机叶片的设计,优化及新翼型的开发具有重要参考价值.     

永磁直驱风力发电机功率控制的研究

提出了永磁直驱风力发电机系统的功率控制策略。介绍发电机网侧和机侧变流器的主电路及控制结构,采用电压空间矢量控制方式,控制变流器发出预期的IGBT开关信号;利用Matlab/Simulink软件建立系统仿真模型,并对其进行仿真分析,还对该系统进行了背靠背对拖试验。结果表明,仿真结果与试验波形一致,验证了该功率控制策略可有效控制输入到电网的有功功率和无功功率,能充分利用风能。