RESEARCH ON BLADE PITCH NONLINEAR PID CONTROL FOR A LARGE-SCALE WIND TURBINE UNDER CONSTANT POWER

建立了基于功率/桨距敏感性的变桨系统模型,综合出桨距非线性PID控制方法.通过Bladed软件计算不同桨距角下功率变化的敏感性,在Bladed外部控制器条件下,获得该方法和固有方法下系统输出的对照结果并进行分析和总结.     

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.     

离心式被动变桨距控制设计研究

以某型号中小型变桨距风力发电机组为研究对象,计算由风轮转速产生的离心力,经分解后得到驱使桨叶变桨的驱动力,并通过实际运行验证,得出在离心式被动变桨距控制方式下,可设置两级变桨回复弹簧,并通过平衡离心重锤与变桨弹簧之间的重量、力臂、行程、刚度及预紧力关系,实现转速限制和提升功率输出的结论。     

基于风轮气动特性的风力机变桨优化控制策略研究

当风速大于额定风速时,风电机组通过控制变桨机构调整桨距角来减小风能捕获,从而使机组的输出功率保持在额定功率附近。变桨系统一般采用PI(比例积分)控制算法,但由于风轮气动转矩与风速、风轮转速、桨距角呈高次复杂非线性关系,单一控制参数的变桨控制器难以满足风电机组在额定风速以上的运行性能要求。为了解决单一变桨控制性能不足的问题,提出一种基于风轮气动特性的风力机变桨优化控制策略,该策略通过测量桨距角当前值来动态调整变桨控制器参数,可有效提升变桨系统随风动作连续性,减小由变桨控制引起的转速与功率波动,削减机组由变桨动作引起的动态载荷。     

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。     

基于前馈补偿方位角权系数的分程独立变桨距控制研究

依据风速特性及桨叶的空气动力学分析得到独立变桨距控制的基本控制规律,提出基于前馈补偿的方位角权系数分程独立变桨距控制,此控制方法采用方位角权系数分配分别对3个桨叶的桨距角进行调整,实现独立变桨距控制,然后根据前馈补偿理论对变桨距过程进行分程独立变桨距控制。在Matlab中进行仿真。仿真结果表明,该控制方法不仅可实现风力机的独立变桨,在稳定输出功率的同时减小桨叶的拍打振动,且可避免由于全程独立变桨距桨叶调节频繁所引起的电动变桨执行电机因过热损坏的问题。控制方法简单,更适合用于独立动作的电动变桨距执行机构。     

风力机异步变桨的初步研究

针对当前同步变桨距式风力机的变桨特点,总结同步变桨距式风力机缺点,提出要使叶片始终处于最佳升阻比状态必须实现风力机的异步变桨这一观点。通过对风力机组工作状态的理论分析,得出实现这一目标变桨系统所应达到的要求。     

新型变桨风力机结构设计与性能分析

为满足分布式电网发展要求,提高小型风力机风能利用率,防止大风条件损坏风力发电设备,文章设计了一种应用于小型风力机的新型主动统一变桨调节装置。文章介绍了装置的基本构造与工作原理,利用熔融沉积3D打印技术制作小比例模型验证了变桨装置的可行性,并通过数值模拟方法对功率输出性能及风轮载荷进行了模拟分析。模拟结果表明:通过适当调节桨距角大小,可有效控制风力机输出功率保持在额定功率值附近,且高转速条件下增大桨距角对功率输出性能有较强抑制作用;叶片应力集中区域主要在叶根及叶片中部靠近前缘部位,在功率调控过程中,随着桨距角与风速的增加,应力集中区域由叶中向叶根转移,最大应力值总体呈下降趋势。     

基于改进无模型自适应控制的漂浮式海上风机转矩-变桨协调控制策略研究

针对漂浮式海上风机建模困难、频繁变桨造成的严重疲劳损伤等问题,提出一种基于改进无模型自适应控制的转矩-变桨协调控制策略。该策略不依赖漂浮式海上风机的数学模型,通过集成迭代学习控制策略改进无模型自适应控制方法,设计发电机电磁转矩和桨距角作为控制变量的多输入多输出控制器进行协调控制,允许非零度桨距角下风机用做动能缓冲,在平滑输出功率的同时减少变桨动作量。为证明所提出控制策略的有效性,在多种风场景下,与增益调度PI控制等方法进行了对比实验。结果表明：所提出的控制策略使漂浮式海上风机在满足发电功率平稳性的同时减缓了漂浮平台的俯仰运动,可有效降低漂浮式海上风机的疲劳载荷。     

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。     

变速变桨风力发电机组的优化控制

提出了大型变速变桨风力发电机组在不同控制阶段的优化控制策略。在低风速时,采用自适应转矩控制方式,实现机组的变速运行,追踪最佳风能利用系数。在额定风速以上时,为了解决传统桨距控制方式系统超调量大的问题,提出了一种新型气动转矩观测器,并将气动转矩与发电机转矩偏差输入控制器。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更好地追踪最大功率点,并改善桨距控制效果,稳定功率输出。     

电液数字马达变桨距控制技术

提出一种适用于风力机的电液数字马达变桨距方式,设计电液数字马达变桨距机构及其电液控制系统,构建其数学模型。在此基础上,提出模糊变桨控制策略,采用重复PID变桨控制器,并进行仿真研究。结果验证了该变桨距控制方式的可行性,并表明:该方式易于实现数字式控制,控制实时性和精度较高。     

基于双叶片海上风电机独立变桨控制系统仿真

分析了目前海上风力发电机组变桨风力发电机主流变桨控制方式,针对于双叶片海上风力发电机组设计了一套以基于三环PID控制原理为核心的直流电动机为伺服电机的电动独立变桨距系统,使得在调试过程中变桨距机构工作正常、稳定,达到了预期设计的目标.     

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。     

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     

直驱液压泵控马达自适应反演变桨距控制

为克服传统变桨距系统存在的能耗高、控制机构复杂的缺点,提出直驱液压泵控马达变桨距系统。采用可变速伺服电机驱动定量泵的闭式液压回路结构,针对变桨系统自身存在的非线性与参数不确定等特性,基于反演递推(backstepping)技术,结合自适应算法,设计自适应反演控制器,通过构造Lyapunov函数推证稳定性,并在此基础上,采用实测数据进行仿真验算。结果表明,系统具有良好的自适应性、抗干扰性,有较高的变桨距控制精度,能较好地稳定机组输出功率。     

基于混沌优化PID风力发电机组变桨距系统研究

变桨距控制是永磁直驱同步风力发电系统在额定风速以上限制功率输出的主要控制手段,文章基于风力机功率输出特性曲线,分析了永磁直驱风力发电系统变桨距控制在全风况下对应的控制策略。在额定风速以上时利用转速和功率相结合的双闭环变桨距控制系统,并在传统的PID控制器的基础上运用了混沌优化技术,用来减小在额定风速附近引起的输出功率波动及载荷突变的不利影响。通过Matlab仿真软件对混沌优化变桨距进行验证,仿真结果表明该变桨距控制策略响应速度快且鲁棒性强。     

风力发电系统大范围功率可调控制研究

为了从机械侧和电气侧深度管理负荷,分析了现有变速变桨风力发电系统(WTGS)的运行特性,提出在额定风速以下,通过桨距角控制和发电机控制联合调节进行限功率跟踪,给出了变速变桨等多自由度运行模式下的解耦协调控制策略;考虑限功率跟踪与最大功率跟踪的兼容性,建立了WTGS全工况下大范围功率可调的整体控制策略;采用PID增益调度技术,结合非线性测度指标减少工况点划分数量,基于T-S模糊逻辑定义增益调度算法,完成WTGS全工况控制系统的设计.针对2MW容量WTGS的一般非线性模型,在额定风速以下完成了功率跟踪仿真实验.结果表明:该大范围功率可调控制系统能够实现对功率调度值的良好跟踪,使WTGS具备了全面的负荷管理能力.     

基于扰动观测器的分数阶终端滑模电液变桨控制方法

为改善风电机组电液变桨系统的控制性能,文章提出了基于扰动观测器的分数阶终端滑模控制方法。建立风电机组电液变桨系统数学模型,利用滑模状态扰动观测器（SMSPO）对变桨系统参数的不确定性和未知扰动进行实时补偿。采用分数阶微积分理论设计终端滑模控制器的滑模面,在保证有限时间收敛的同时,改善了滑模控制自身抖动。利用Simulink进行试验验证,结果表明,该方法增强了变桨系统的抗干扰能力,削弱了系统的抖动,提高了桨距角的跟踪精度和变桨系统的稳定性。     

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。