大转动惯量风电机组变桨控制技术研究

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程实用价值。     

变速与变桨协调的风电机组平滑功率控制

考虑到风电功率秒级波动对电网频率稳定的影响,需要对风电机组输出功率进行平滑控制。现有依靠风电机组实现风电功率平滑控制的方法大都存在频繁变桨的问题。为此提出了协调变速与变桨的平滑功率控制方法。该方法通过分离桨距角的上调和下调动作,将传统的基于变桨调节的恒转速(转速上限)控制转变为转速区间控制,使风轮机能够在任意桨距角下变速运行,从而更大程度地利用风轮机动能来平滑风电功率波动。因此,该方法在保证平滑控制效果的同时,能有效降低变桨动作频率和幅度,并减小变桨伺服机构的疲劳和叶片载荷。最后,基于风电机组模拟器的实验验证了所提方法的有效性。     

大转动惯量风电机组变桨控制技术研究

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程实用价值。     

3MW风电机组变桨距无模型控制

随着风电机组装机容量的迅速增加,电网对风电机组的电能品质提出了更高的要求,而功率波动是影响风电机组电能品质的一个重要问题。考虑到风电机组变桨控制中的桨距角和机组功率的非线性关系和外界扰动问题,为了减小风电机组功率波动,基于无模型自适应(MFA)控制理论设计了风电机组变桨无模型控制器,不依赖于风电机组精确的数学模型。为了验证无模型变桨控制器的性能,以3MW双馈风电机组为控制对象在Sinmulink中对该算法进行了仿真并和广泛应用的PID变桨控制器进行了对比。仿真结果表明无模型变桨控制器较好地解决了风电机组变桨控制中的非线性和外界扰动问题,风电机组输出的功率波动明显小于PID控制器。     

基于功率解耦的额定风速附近发电优化控制研究

为了便于控制器实现,变速变桨风电机组通常把转矩控制与变桨控制分开设计,在额定风速以下时,通过转矩控制实现最大风能捕获;在额定风速以上时,通过变桨控制限制机组功率。因此在额定风速附近,转矩控制与变桨控制之间存在耦合问题,需进行解耦,这是变速变桨控制算法设计难点。在分析了当前的解耦控制策略在额定风速附近风能损失问题之后,基于追求发电优化的目标,提出了一种功率解耦的控制方法,该方法较好地解决了额定风速附近功率损失与控制器误动作问题,而且在阵风工况下,可适当提前变桨动作,防止机组功率与转速超调。仿真与现场测试证明,该控制策略具有逻辑实现简单的优点,易于风电行业推广,有较高的实际工程意义。     

基于机舱激光雷达的风力机增益预置前馈控制方法研究

提出了一种基于机舱激光雷达测风速的风力机增益预置前馈控制方法,并仿真分析了极端持续阵风工况下连续波激光雷达和脉冲激光雷达在不同配置下对风轮转速、变桨速率、机组主要部件载荷与输出功率的控制效果。仿真结果表明,所建立的前馈控制器能促使风轮转速和桨距角平稳地跟随风速的低频变化,对转速波动有良好控制效果;4点3焦距的脉冲激光雷达配置在降低载荷、控制变桨速率和转速波动之间实现了最佳平衡,同时也略微增加了额定风速以上机组的输出功率。     

变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化

讨论了大型变速变桨风电机组在额定风速以上如何减小系统超调量以及降低机组载荷.根据风电机组的强非线性特点,采用基于模糊免疫PID的桨距控制策略,以减小发电机转速波动,改善功率品质.针对风电机组的塔架前后和侧向振动以及传动链扭转振动,提出了桨距、转矩阻尼滤波和加速度反馈等控制方式.通过Bladed外部控制器模块编程并进行仿真,结果表明所提出的控制策略能够改善变桨距控制的动态特性,降低关键部位载荷.     

变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化

讨论了大型变速变桨风电机组在额定风速以上如何减小系统超调量以及降低机组载荷。根据风电机组的强非线性特点,采用基于模糊免疫PID的桨距控制策略,以减小发电机转速波动,改善功率品质。针对风电机组的塔架前后和侧向振动以及传动链扭转振动,提出了桨距、转矩阻尼滤波和加速度反馈等控制方式。通过Bladed外部控制器模块编程并进行仿真,结果表明所提出的控制策略能够改善变桨距控制的动态特性,降低关键部位载荷。     

兆瓦级风电机组叶片延长载荷分析及平稳运行控制方法

为提高已建成风场中风电机组的发电效益,风电机组叶片延长是其有效途径之一。然而,叶片延长后风电机组易受到不同湍流强度扰动而导致机组极限载荷大幅变化,甚至损伤。首先从叶根、轮毂与塔基三个部位分别分析了湍流对风电机组的极限载荷变化。针对中低风速区间高湍流风况导致机组变桨频繁与功率输出不稳定的问题,采用桨距角控制与转速优化相结合的主动减载控制策略,通过预留出一部分转子转速以应对减载后的湍流现象,减轻变桨系统的负担。实验结果表明,在减载25%的情况下,所采用控制策略能够使桨距角基本稳定在2.5°左右,有效地减缓了湍流波动对桨距角,为使用叶尖延长等技术的风电机组稳定运行提供了一定的理论基础。     

基于变桨距和转矩动态控制的 直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制

风能的不确定性以及风轮机自身特性使风力发电机输出有功功率随风速变化而波动,影响风电机组输出电能质量,严重时还会影响电网运行稳定性。在分析变桨变速直驱永磁同步风力发电机运行特性的基础上,提出了在全风速范围内结合风力机变桨控制和发电机变速控制的发电机有功功率平滑控制策略。考虑到风能的随机性及直驱风能发电系统很强的非线性,设计了基于模糊理论的变桨距控制器和发电机转矩动态滑模控制器。对一台采用该控制策略的直驱永磁同步风力发电机的运行行为进行仿真研究。结果表明,提出的模糊变桨距控制能有效控制发电机转速运行范围,动态滑模控制能使发电机输出平滑的有功功率。与传统最大风能跟踪控制策略相比,所提出的控制方案能有效降低直驱永磁同步风力发电机输出有功功率的波动,控制发电机转速运行范围。     

基于扰动调节控制器的风力发电机独立变桨距研究

本文将风力机的独立变浆距控制分成两部分设计：一是集中变桨距控制部分;一是修正变浆距控制部分。利用非线性PID控制设计集中变桨距控制器,使风力发电机组的输出功率稳定在额定值附近;利用基于扰动调节控制（Disturb＆rice Accommod＆ting Control简称DAC）器得到修正桨距角,减小风力机各叶片上的载荷。将各叶片的修正桨距角与集中桨距角之和作为对应叶片的独立桨距角输入风力机,实现了对风力机各叶片的独立变桨距控制。     

基于pscad变桨距风力发电系统的建模仿真

首先从风力发电的数学建模说起。应用PSCAD／EMTDC软件,以风机各部分数学模型为基础搭建了变桨距风力发电系统模型。分别在恒定风速叠加阵风、随机风情况下,仿真变桨距风力发电机组的输出有功和无功以及发电机转速的变化。仿真结果表明变桨距风电机组具有良好的运行特性,为今后的建模和仿真研究提供一定的借鉴。     

基于RBF神经网络滑模变结构独立变桨控制研究

为降低大型风电机组由风剪切、风切变和塔影效应在叶片上产生的不平衡载荷,根据风力机气动力学、风剪切、风切变和塔影效应,提出一种基于RBF神经网络滑膜变结构独立变桨控制策略。滑模变结构控制抗干扰强、鲁棒性强和响应速度快,缺点是滑模变结构控制易产生抖动。利用RBF神经网络的在线学习能力,实时调整滑膜变结构控制器增益,使滑模函数趋于切换面,有效降低滑模变结构控制的抖动,提高独立变桨控制系统的动态性能。利用Matlab/Simulink和GH-blade软件搭建了5 MW风电机组的联合仿真模型。仿真实验表明采用所提出的独立变桨控制方案能有效降低桨叶根部不平衡载荷,还能提高风电机组运行在额定风速以下的功率性能。通过试验平台的测试,也验证了所提出的独立变桨控制策略的合理性。     

大型风力发电机组变桨距控制系统设计与仿真

随着风力发电机组单机容量的大型化,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.基于变速恒频风力发电系统,对变桨距控制系统的设计方法进行研究.对风力机的结构和基本工作原理进行了探讨,并分析了风力发电机组的控制过程,分别设计了低于额定转速的PI控制器及高于额定风速的变桨距控制器,通过对控制系统的机理模型仿真,验...     

风力发电机液压变桨距控制系统的研究

根据空气动力学知识,组建由风速模型、风轮模型、传动链模型等组成的变桨距风力发电机组仿真模型。重点对液压变桨距控制的过程进行研究,在Matlab/Simulink环境下建立液压变桨距控制系统模型,对收桨和开桨过程进行建模仿真并对结果进行分析。在液压变桨距控制系统中引入PID控制器进行校正,通过仿真分析验证系统设计的可行性以及仿真模型的合理性,以使液压变桨距控制系统可达到准确快速地控制桨距角的目的。     

Validation of an integral sliding mode control for optimal control of a three blade variable speed variable pitch wind turbine

Reduction in cost of wind energy requires most efficient control technology which can able to extract optimum power from the wind. This paper mainly focuses on the control of variable speed variable pitch wind turbine (VSVPWT) for maximization of extracted power at below rated wind speed (region 2) and regulation of extracted power when operating at above rated wind speed (region 3). To extract maximum power at below rated wind speed torque control is used whereas to regulate rated power at above rated wind speed pitch control is used. In this paper a nonlinear control i.e. integral sliding mode control (ISMC) is proposed for region 2 whereas a conventional proportional–integral (PI) control is adapted for region 3 of a VSVPWT. The proposed controller is combined with modified Newton Raphson (MNR) wind speed estimator to estimate the wind speed. The stability of the proposed ISMC is analyzed using Lyapunov stability criterion and the control law is derived for region 2 which is also adapted for the transition period between region 2 and region 3 (region 2.5). The dynamic simulations are tested with nonlinear FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence) wind turbine (WT). The simulation results of ISMC are presented and the control performance is compared with conventional SMC and existing controllers such as aerodynamic torque feed forward control (ATF) and Indirect speed control (ISC). It is seen that especially in region 2.5, ISMC gives better performance compared to all other controllers.     

风力发电变桨距控制器测试系统的设计

在风力发电中,变桨距控制器用于实现桨距角调节和功率控制.在变桨距控制器现场运行之前,要对其性能进行测试.本文采用倍福PLC模拟主控制器,PLC与变桨距控制器之间采用CANopen总线通讯,设计了变桨距控制器的测试系统,介绍了测试系统的功能和软件流程,给出了测试结果.     

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。     

变速恒频双馈风电机组恒功率非线性控制

为了有效减少变速恒频双馈风电机组额定风速以上时的功率和转速波动,提出了一种同时考虑桨距角和双馈感应发电机转子励磁电压调节的新型恒功率控制策略。在分析风力机特性和双馈感应发电机基本电磁关系的基础上,建立了变速恒频双馈风电机组的非线性数学模型,并利用反馈线性化理论设计了非线性控制器。仿真结果表明,所提出的控制策略与现存的仅...     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。