基于模糊PI与卡尔曼滤波器控制的液压变桨系统研究

由于液压变桨系具有非线性、时变、迟滞等特点,在传统PI控制的基础上,提出了模糊PI液压变桨距控制的方法。针对液压变桨系统控制信号中存在随机干扰信号,导致液压变桨系统控制精度不高的问题,提出了一种基于Simulink的无迹卡尔曼滤波器的方法进行滤波。对2 MW风电机组液压变桨系统进行仿真,仿真结果表明:通过模糊PI和卡尔曼滤波算法联合控制修正的信号能很好的跟踪实际信号的变化趋势,提高了液压变桨系统的精度和响应时间,进一步优化了液压变桨控制系统的性能。     

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。     

大型风电机组独立变桨控制器PI参数联合整定

目前大型风电机组独立变桨距控制策略主要采用3独立PI控制环结构。针对其PI参数在设计和优化过程中不易整定的问题,首先应用Bladed软件对风电机组模型进行线性化处理,获取用于PI参数整定的线性化模型;然后通过正交实验分析各个PI控制器参数对系统性能指标的影响趋势及影响程度,并在正交实验的基础上采用免疫遗传算法对独立变桨PI控制器参数进行优化;最后结合Bladed外控制器、Matlab引擎技术和命名管道技术开发Matlab与Bladed联合仿真平台,对基于坐标变换的独立变桨控制器进行仿真与验证。仿真结果表明该优化方法对独立变桨控制系统的3个耦合控制器PI参数具有非常好的综合优化效果。     

基于5MW风机模型的变初值模糊PI变桨控制技术研究

针对传统PID变桨控制器参数自调整性能较差,适应性不强的问题,文章提出了风电机组变初值模糊PI变桨控制算法。通过模糊控制算法实现了PI参数的自动调节,根据风速大小设计了合理的变初值调整算法,实现了模糊控制器初值的在线调节。基于FAST风机软件中5 MW陆上风电机组非线性模型,分析了风电机组在额定风速以上运行时变桨系统的动态特性,从算法结构出发,设计了合适的模糊规则和量化、比例因子以及变初值调整算法,在Matlab/Simulink中搭建了变初值模糊PI变桨控制策略。通过仿真验证了控制策略在抑制转速波动和风机叶片、塔基受力力矩波动方面具有较好的效果。     

参与电网调频的风电机组线性变参数变桨控制策略

风电机组参与调频时其输出功率的调整将改变风电机组变桨动作的风速范围,同时由于桨距角调节气动功率的灵敏度随风况变化,使得传统PI变桨控制难以适用于风电机组参与调频时的复杂工况,出现风电机组转速振荡问题。提出一种基于线性变参数(Linear Parameter Varying, LPV)系统的风电机组变桨控制方法,对风电机组模型进行线性化,根据风速和桨距角的变化范围进行凸分解,得到其具有四面体结构的LPV模型,通过求解不同平衡点处的线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality, LMI)设计出相应的变桨控制器。仿真结果表明:与传统PI变桨控制相比,LPV变桨控制能有效减小转速的波动,降低低速轴载荷以及减小桨距角的波动程度,验证了该控制策略的有效性和先进性。     

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。     

风力机组变桨机构在控制系统下的工作性能模拟验证分析

建立变桨执行机构的三维实体模型,根据其运行原理模拟出其运动状态并分析其运动性能。基于风力机组的工作条件及变桨控制原理,搭建SIMULINK变桨控制系统模型,并结合UG运动协同仿真模块完成其控制系统的联合仿真和数据分析。相关的试验数据表明:该变桨执行机构在控制系统的控制下运动性能稳定且反应迅速,达到在变风速下稳定吸收风能的目的,能有效满足使用要求,为其进一步设计和控制优化奠定基础,同时提供了一种模拟机构工作运行性能的方法。     

风电机组桨叶扭矩加载试验浅析

桨叶在不同工况下的扭矩是变桨控制系统在驱动过程中的关键,直接影响变桨控制系统的性能。本文利用动量—叶素理论,通过Blade仿真系统得到了不同工况下桨叶扭矩的最大值和最小值。运用直接扭矩控制方式搭建了加载试验系统。通过以上两者的结合提出了风电机组桨叶扭矩加载试验方法,其试验结果和实现过程为工程运用中桨叶载荷分析、研究及变桨控制系统性能验证作参考。     

计及疲劳损伤评价的大型风电机组降载控制优化

针对目前大型风电机组疲劳载荷日益严重的问题,进行了降载荷控制优化的研究:首先采用美国国家可再生能源实验室(NREL)的5 MW风电机组搭建FAST和Matlab的联合控制模型;在此基础上设计了一种在额定风速以下提前进行变桨控制的优化方案,并依据疲劳损伤与发电量综合评价选取最优提前变桨区间;然后在额定风速以上结合功率和载荷两方面控制目标,先分风速区间优化独立变桨控制器PI参数,再拟合得到独立变桨控制的变增益调度优化函数;最后加入载荷反馈回路,在变增益独立变桨策略的基础上进一步降低叶根挥舞弯矩峰值。结果表明:提前变桨策略能有效降低额定风速附近的载荷与功率波动,加入叶片载荷反馈回路的变增益独立变桨控制相比统一变桨控制能显著减小叶片疲劳损伤。     

风电机组变桨系统载荷特性研究

以某3 MW风电机组为研究对象,对风电机组变桨系统非线性特性进行研究,证明变桨控制器增益与桨距角为反比例关系。使用GH Bladed软件建立变桨系统载荷计算仿真模型,对正常发电、紧急停机等多种工况下变桨驱动载荷进行仿真,分析不同工况下变桨驱动载荷的变化规律,说明由叶片载荷产生的变桨轴承摩擦扭矩在变桨驱动载荷中占有重要比例。提出基于多工况综合分析的变桨驱动电机选择方法。     

基于Matlab的风电机组控制系统研究与仿真验证

基于Matlab平台的M语言,研究风电机组转矩PI控制器、变桨PI控制器及参数优化、转矩控制与变桨距控制的解耦、传动链加阻控制和塔架前后加阻控制对风电机组动态响应的影响,通过仿真试验验证了PI控制器参数优化、转矩控制与变桨距控制的解耦以及传动链加阻均能够提高机组稳定性,降低载荷,提高机组安全性,为风电机组控制系统的优化及应用提供参考。     

兆瓦级风力机液压变桨执行机构疲劳寿命分析

文章建立液压变桨执行机构有限元模型,通过静力学分析得到液压缸与活塞杆的应力分布结果,动力学分析得到液压缸与活塞杆的疲劳载荷谱,将静力学、动力学分析结果及修正后的液压缸及活塞杆材料S-N曲线导入到MSC.Fatigue软件得到风力机液压变桨执行机构疲劳寿命云图。在此基础上,对一台2 MW风力机液压变桨执行机构,对比分析材料及载荷频率改变对液压变桨执行机构疲劳寿命的影响程度,并对液压缸与活塞杆最易受损位置进行了结构优化。研究结果表明,对液压变桨执行机构的设计,尤其在提高液压变桨执行机构甚至风力机整机疲劳寿命方面具有重要指导意义。     

基于自适应神经模糊推理系统的潮流发电水轮机变桨距控制策略

变桨距水轮机能在低流速下保持最小桨距角实现功率的最大捕获,还可在高流速下通过变桨来实现恒功率输出,减少了过载冲击。通过分析变桨距伺服控制系统,改进了基于自适应神经模糊推理系统的变桨控制方法,实现了更为平滑高效的变桨操作,并在Matlab/Simulink下进行了系统仿真,验证了所提控制方法的有效性。     

基于超级电容的海上风电机组电动变桨系统设计

变桨系统是海上风电机组的核心部件,对机组安全运行具有十分重要的作用。液压变桨系统存在漏油等问题,蓄电池电动变桨系统存在电池的低温性能差、使用寿命短等问题。文章探讨了使用超级电容作为后备电源的电动变桨系统的设计,并对蓄电池与超级电容进行了比较分析。用超级电容作为海上风电机组电动变桨系统的后备电源,可充分发挥超级电容耐低温、寿命长的特性,提高风机安全性和运行效率,降低海上风电机组的维护成本。通过分析变桨系统力矩,对超级电容电动变桨系统的选择进行了理论计算和推导,并进行了实际测试,为海上风电机组电动变桨系统后备电源的设计提供了有效方法。     

水平轴潮流能发电机组变桨距系统研究

针对水平轴潮流能发电机组的变桨距系统进行研究.利用理论力学及叶素动量理论对桨叶在机组工作时的受力进行详细分析,提出变桨载荷的理论计算方法.根据潮流能机组轮毂体积小、变桨载荷及凋桨范围大等特点,设计了一种新型的基于电液比例技术的齿轮齿条式变桨距执行机构.该机构结构紧凑、油路新颖、驱动力矩及调桨角度大.在建立系统数学模型的基础上,通过数字仿真对系统的控制特性进行研究.仿真结果表明采用PID控制算法的变桨距系统具有较好的动态特性,能够满足机组功率控制的需求.     

额定风速附近变速变桨风力发电机组功率优化控制

详细分析导致功率波动和功率损失的原因,提出一种转矩优化控制策略。该转矩优化控制方法结合查表法和非线性PI控制器,在低风速区仅启用查表法以追踪最优功率;额定风速附近及以上时运用非线性PI控制器使转矩输出形成滞环,来抑制额定风速附近的功率波动;采用基于转矩误差及误差变化率的桨距角模糊调节器,实现转矩和变桨控制解耦;给出一种功率平均值限制算法,可抑制阵风时(包括额定风速以下和以上)引起的转速短时过速和功率损失,同时也可减少变桨机构的疲劳载荷。以风力机设计专业软件Bladed为工具,结合C语言编写外部控制器,对风力发电机组转矩及变桨控制策略进行仿真研究,仿真结果表明所提出的优化方案可行。     

大型风电机组独立变桨控制技术研究

通过对风力机简化模型的分析,推导出风力机的运动方程和输出方程;通过卡尔曼坐标变换将塔架前后运动方程和载荷输出方程所代表的线性时变系统解耦为线性时不变系统,在此基础上提出带3个独立控制环的独立变桨控制策略;利用"GH Bladed"软件对独立变桨控制策略进行仿真试验研究,仿真试验结果表明,采用独立变桨控制技术不但能实现转速控制功能,还能有效减小叶片根部挥舞力矩、轮毂倾翻力矩、偏航力矩的波动,从而能有效降低变桨轴承、主轴、轮毂、偏航轴承、塔架上的疲劳载荷。     

基于变桨系统故障的多部件条件维修策略优化

正变桨系统是风电机组的重要组成部分,它可以通过控制桨距角来控制风轮转速,从而达到恒定输出功率的目的。此外,还可以通过收桨动作使风电机组以空气动力制动的方式安全停机,从而保证了风电机组在不同风况下的安全运行。目前,电动变桨技术以其性能优良,维护方便,环保等诸多方面优点而逐渐取代液压变桨,但是运行过程中诸多故障的出现也不容忽视。变桨系统中电气滑环主要作用是实现轮毂与机舱之间电能和控制信号的传递。变桨中央控制箱与机舱控制柜的连接通过滑环实现,进而执行对轮毂内的轴控箱的控制工作。此外,风电机组机舱与变桨之间用于数据交换的     

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。     

基于人工蜂群-RBF-PID的风力机液压变桨距控制系统设计

风力机液压马达变桨距系统存在高阶多耦合、不确定、非线性、难以控制的问题。为实现桨距角跟踪控制,文章通过动力学分析建立液压马达变桨距系统的数学模型,确定系统特性。根据液压马达变桨距系统原理,采用SimHydraulics建立液压马达变桨距系统仿真模型,设计基于人工蜂群算法结合RBF神经网络的PID控制器,并且采用自适应矩估计算法代替梯度下降法对PID参数进行在线优化。仿真结果表明,采用文章算法,系统响应快,桨距角跟踪精度高。