基于Bladed的电液比例变桨距风力机半物理仿真平台

变桨距是风力机控制关键技术之一。本文通过对风力机空气动力学研究,为变桨距控制奠定了理论基础。为了对变桨距执行机构和控制规律进行研究,搭建了半物理仿真平台,其中电液比例变桨距执行机构和控制器按照1．5MW级风力机要求真实制造,而风力机其它部分采用“Bladed”软件的数字模型代替,同时平台提供加载装置实时模拟作用在变桨距液压缸上的风力负载。从半物理仿真平台试验结果表明,变桨距控制满足功率稳定的要求。     

基于SCADA数据协同的风力机故障检测与控制

为了在不停机的前提下,安全可靠地对齿轮箱进行故障检测,并实现风力发电机在齿轮箱故障工况下的容错控制运行,提出一种基于标准数据采集与监视控制(SCADA)数据协同的风力机故障检测与控制方案。介绍了风力发电机的系统模型与SCADA解决方案框架,通过回归建模、异常分析和集成学习对风力发电机系统进行故障检测并获得健康指标;借助模糊逻辑控制对风力发电机的输出功率进行降额控制,从而实现风力发电机在齿轮箱故障工况下的容错控制运行,最后进行仿真实验,并将仿真结果与一个实际运行的2 MW风力发电机系统进行对比。实验结果表明：该故障检测与容错控制方案可以有效地对齿轮箱进行故障检测,并在存在故障时适当对风力发电机的输出功率进行降额控制,从而降低叶片和塔架承受的应力,并有效降低了齿轮箱轴承和润滑油的温度。     

变速恒频风力发电机组液压变桨距系统的设计与仿真

针对变速恒频风力发电机组的功率控制,提出基于电液比例阀的统一控制的液压变桨距系统的设计方案,对液压变桨距系统进行了方案设计、对主要液压元件进行了计算及选型。并通过Fluid SIM 5 Hydraulics软件平台对设计的变桨系统进行仿真。仿真结果验证了液压变桨距系统设计的正确性和可行性以及仿真模型的合理性。该液压变桨距系统能够满足变桨距风力机对节距角精确快速的控制要求,且为变速恒频风力发电机组变桨距液压系统的优化设计奠定了基础。     

风力机变桨距的模糊PID参数自整定控制

针对低风速和高风速两种工况,制定风力机变桨距控制的策略,建立风力机变桨距机构各部分的数学模型,设计模糊PID参数自整定控制器并进行仿真.仿真结果证明:模糊PID参数自整定控制器能有效地抑制发电机输出功率和转速在起始阶段的超调和波动,且能较快地达到稳态,较好地实现了控制要求.     

立方体机器人自适应滑模容错控制系统设计

立方体机器人具有多变量、欠驱动和非线性等复杂特点,针对其难以建立精确模型以及故障情况下系统稳定性的问题,设计并实现了一种基于自适应滑模容错策略的立方体机器人控制系统。首先,建立了所搭建的立方体机器人的动力学模型和故障模型;其次,利用滑模控制在滑动阶段对系统参数摄动的不变性和自适应律对系统广义误差的补偿,实现了系统的容错功能;同时,为了有效的抑制滑模控制中固有的抖振问题,提出了一种基于指数趋近律和幂次趋近律的组合趋近律;基于方法证明了所设计自适应滑模容错控制系统的大范围渐近稳定性。仿真和实测实验结果验证了所设计容错策略在立方体机器人的姿态控制中,具有较强的容错能力及较高的控制精度。     

大型风力机动态载荷控制方法研究

随着风电机组单机容量的增大,部件的结构尺寸及柔性也显著增加,这使得机组在运行过程中所受的动态载荷越来越复杂。为了保证机组运行的稳定性,通过控制策略减小机组动态载荷已成为风力发电领域的一个研究热点问题。研究了风力机线性化模型的建立,针对1.5 MW风力机建立了五状态量空间控制仿真模型,通过控制叶片桨距角和发电机扭距减小机组运行过程中所受的动态载荷。并与传统的PI控制载荷计算结果比较,显示了现代控制算法在降低载荷上的优越性。     

基于半物理仿真的变速恒频独立变桨距控制

依据对风力机变速恒频变桨距控制原理,提出了电机电磁阻转矩调节和分段PID权系数分配的控制算法分别实现变速恒频和独立变桨距控制,同时由于风力机系统的大惯性、迟滞,采用了变桨距与变速恒频两算法切换过程以预测功率为界的综合控制算法代替了传统控制中以额定功率为界以减小输出功率的波动.将控制算法应用到自行搭建的半物理仿真试验台上进行试验分析,在风速高于额定值时,独立变桨距控制不仅稳定了发电机输出功率,而且与统一控制相比大大减小了桨叶拍打振动;当风速在额定值左右变化时,运用综合控制算法比传统控制大大稳定了发电机输出功率.     

兆瓦级风力机节能型电-液复合变桨距系统的设计与仿真研究

针对现有的电动变桨距系统和液压变桨距系统所存在的问题,将直驱式容控电液伺服技术与风力机变桨距系统结合,提出了一种节能型电-液复合变桨距系统。并以1.5 MW风力机为例,完成对其变桨距系统的设计、元件选型和Simulink仿真,分析了该节能型电-液复合变桨距系统在大功率风力机上应用的可行性。     

一种有源电力滤波器中IGBT故障诊断与容错控制研究(英文)

针对APF(有源电力滤波器)逆变器中IGBT在长期运行时容易出现故障的情况,提出一种基于DSP软件检测定位IGBT故障的方法以及APF容错拓扑结构。分析了IGBT开路故障诊断算法,提出了通过DSP软件程序实现故障诊断的方法,同时给出APF容错拓扑结构以及容错控制实施方法,在Matlab/Simulink仿真平台建立相应的APF控制系统仿真模型,通过仿真实验验证了该控制方案的可行性。     

重型液压机执行器自适应滑模容错控制

为了提高重型液压机在执行器故障情况下的容错控制能力和控制精度,设计了自适应滑模容错控制器。建立了5缸液压机的滑块动力学模型和液压缸压力动态方程。使用积分滑模控制设计了3个子系统虚拟控制律;使用伪逆法实现了控制分配;在执行器故障情况下,在积分滑模控制基础上,提出了自适应补偿策略,从而给出了执行器故障情况下可以实现的虚拟控制律;使用分散滑模控制将虚拟控制律转化为伺服阀控制律,并证明了自适应滑模容错控制器具有Lyapunov意义下的稳定性。经仿真验证,在单个执行器故障或多个执行器故障的情况下,自适应滑模容错控制器能够将调平误差控制在2×10^-4rad内,位移跟踪误差最大为0.0111 m,体现了执行器故障情况下极高的调平和跟踪精度,也体现了自适应滑模容错控制器具有很好的鲁棒性。     

基于NMPC-PID的大型风力机独立变桨控制

大型风力机的不平衡载荷会使叶片断裂,造成事故从而减短其使用寿命。针对大型风力发电系统在高风速区的不平衡载荷问题,提出一种NMPC-PID的独立变桨载荷控制方法。非线性模型预测控制(NMPC)用于及时调整风机桨叶的桨距角,PID控制则用于消除塔架振动的影响。运用机制方法在仿真平台搭建风力发电系统模型,运用所提控制策略进行仿真实验,并在两种情况下与模型预测控制方法(MPC)进行对比,验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

风电机组液压变桨距系统H∞鲁棒控制策略研究

变桨距系统是风电机组的重要组成部分,其通过改变桨距角来调整恒定功率,对系统的安全运行起关键作用。针对液压变桨距系统中存在的参数不确定和外界干扰,提出一种风电机组变桨距系统的H∞鲁棒控制策略。简化了液压变桨距系统的数学模型,并改写成标称对象的状态方程;根据系统性能要求,选取混合灵敏度优化过程中符合系统要求的加权函数,进而求得系统广义被控对象的状态空间实现;通过求解Riccati方程获得H∞控制器;进行仿真验证并与传统PI变桨控制策略进行比较,验证了所提控制策略的有效性和优越性。     

被动变桨距对风致转动垂直轴风力机捕能性能影响

为了改善现有垂直轴风力机的启动性能和风能利用率,提出了一种基于齿轮连杆结构的被动变桨距结构,并利用运动学仿真软件ADAMS验证了变桨距机构的可行性;此外,还对流体求解器Fluent进行二次开发,编制了一套可有效求解被动变桨距垂直轴风力机和流体流动相互作用的计算程序,并在6 m/s的风速下分析不同变桨振幅对风力机捕能性能的影响。结果表明:所提出的被动变桨距机构能够提升风力机的启动性能,在±25°变桨振幅下风力机的风能利用率达到了17.633%。     

MW级风力发电机组变桨距系统建模研究

由沈阳工业大学研制的MW级变速恒频风电机组属于变桨距型机组,它在额定风速以上进行变桨距调功控制.本文针对该机组的特点,分别建立了关桨过程与开桨过程变桨距系统的控制数学模型,该数学模型是设计变桨距控制律、了解变桨距系统动态特性的基础;应用该数学模型,在MW级模型机上进行实验,得出了系统的正弦响应曲线.     

某风电场风电机组变桨电机轴承失效原因探析

变桨电机作为风力发电机组变桨动作的动力单元,其可靠运行是决定风力发电机组正常运行的核心。针对某风电场风电机组出现的变桨电机异响、卡涩故障,通过对故障电机拆解分析,查出失效点为变桨电机制动器端轴承失效。基于轴承的失效状态,结合电机结构及运行环境,分析电机制动器端轴承失效原因,并针对变桨电机结构提出设计优化建议。     

液压马达发电机并网转速控制方案及实验验证

风力机与定量泵连接后,气动转矩波动程度对调节机组并网转速具有明显影响,会造成机组传动链可靠度下降。从风速预测以及气动转矩性能出发,设计一种液压马达发电机并网转速控制方案,从而控制机组的稳定并网并减小机组的传动链载荷。采用Simulink软件构建垂直轴液压机组并网转速调控测试模型,之后在机组分别处于固定、阶跃与自然波动风速3种状态下进行变量马达转速调节。平稳风速和随机风速下并网转速试验结果表明,综合运用比例节流阀与变量马达调节可以使系统压力波动幅值达到0.1 MPa,显著降低变量马达的转速高频波动幅度,满足风电机组并网转速控制要求。     

MW级风机齿轮箱故障模拟实验台设计

齿轮箱是风力发电机的核心组件,设计一种可对齿轮箱故障进行模拟分析的试验台,对后期风电机组的运行状态检测及齿轮箱故障诊断有着深远的意义。分析风机齿轮箱试验台国内外现状,根据MW级风机实际参数进行缩放并计算出试验台所需参数,采用变频器控制电机调速以及采用机械飞轮结构模拟真实风机转矩输入以及角速度输入,实现风机动态特性的模拟。     

转速模拟系统建模及传动轴变形的影响分析

根据智能泵源实验系统的要求,提出基于矢量控制的转速模拟系统方案,阐明转速模拟系统的调速原理。考虑弹性变形,对转速模拟系统的复杂模型进行推导,得到系统简化的条件。仿真结果表明:增大传动系统的刚度,系统的稳定性加强且有利于系统快速性的提高。