大型风机变桨距控制系统的研究

根据变桨执行机构不同,分析了液压变桨距系统和电动变桨距系统。从结构、原理、控制器设计等方面对两种变桨系统进行研究,并分别利用SimHydraulics和Simulink建模,仿真结果验证了建模和系统设计的正确性,直观反映了变桨距控制系统的动态特性,为大型风电机组的全工况仿真奠定基础。变桨距系统的控制器设计,为大型风电机组的研制提供有力的理论支持,为实际风场中变桨距控制系统提供参考依据。     

变桨距系统多变量协调控制策略研究

由于风力机独立变桨距控制系统是一个多变量、非线性以及带有时变性的控制系统,为了解决该复杂控制系统中多变量之间的耦合问题,在传统PID变桨控制的基础上提出了多桨耦合协调控制策略,并将仿真结果与传统PID变桨控制进行对比,仿真结果表明:基于协调控制技术的变桨控制系统变桨同步性大幅提高,且具有更高的变桨精度。     

风力发电系统液压变桨执行机构的H_∞控制

风力发电中风速的波动将会引起输出功率的波动,基于变桨执行机构快速地跟踪桨距角命令,变桨恒功率控制可平抑输出功率的波动。液压变桨执行机构以其响应频率快、扭矩大、便于集中布置和集成化等优点在目前的变桨距执行机构中广泛应用。常规比例积分(proportional integral,PI)控制的液压变桨执行机构,具备一定的动态响应性能,但其鲁棒稳定性相对不好。为此,针对液压变桨执行机构设计了H∞控制器,不仅能快速有效地跟踪桨距角命令,还能在变桨执行机构存在参数不确定性情况下,保持系统稳定,同时具备优良动态性能,鲁棒性好。仿真分析表明:相比PI控制,H∞控制系统各方面性能较优越。在设计H∞控制器过程中,提出了一种新的加权函数的快速构造方法。研究结果表明:提出的方法能快速地构造所需的加权函数,为H∞控制在工业上的应用提供参考。     

考虑变桨驱动电机特性的风电机组运行性能仿真

为了更好地反映并网风电机组的动暂态运行特性,提出了考虑变桨系统的风力发电机组运行性能研究.在阐述变桨距控制原理的基础上,建立了以变频三相感应电动机作为驱动电机的变桨控制系统数学模型,并对其变桨距控制性能进行仿真.结合考虑变桨电机驱动特性的变桨系统控制模型,建立了并网笼型异步发电机组的动态数学模型.对额定风速以下和额定风...     

电动变桨距控制系统设计与实现

针对变桨距控制系统在风力发电机组中作为限制出力和制动速度的决定性系统,此处首先研究和分析了兆瓦级风力机特性、风电机组的变桨过程,以及变桨距控制系统的工作原理,计算了桨叶负荷力矩,然后详细设计了变桨控制系统的整体结构、伺服控制系统和备用电源系统,再利用有限状态机设计了变桨控制系统软件,最后搭建了变桨距控制系统平台.实验结...     

MW级风电机组变桨伺服控制系统仿真

分析了目前MW级变桨风力发电机主流变桨控制方式,设计了一套以直流电动机为伺服电机的电动变桨距系统,在分析伺服变桨距系统控制原理的基础上,设计了以三环PID控制原理为核心的电动变桨距伺服控制系统,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。     

浅谈风力发电机组的液压和电动变桨系统

全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机组均采用了变桨距技术,变桨距控制与变频技术相配合,提高了风力发电机的发电效率和电能质量,使风力发电机组在各种工况下都能够获得最佳的性能,减少风力对风机的冲击,它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。变桨距控制按执行机构可分为液压变桨和电动变桨两种类型,以Vestas公司的液压变桨系统和Mita-Teknik公司的电动变桨系统为例,对这两种变桨系统的结构及特点进行了分析。     

基于CAN总线通讯的变桨距风力发电控制系统

变桨距控制器用于实现功率调节和桨角控制,介绍了液压驱动和电控驱动两种桨距控制系统的不同,然后讨论了CAN总线在风力发电机组桨距控制中应用的可行性.并介绍了一个基于CAN总线设计的液压驱动桨距控制系统的硬件设计、软件流程和功能实现.最后总结了CAN总线在该系统应用的优点.     

变速恒频风力机组电动和液压变桨系统比较分析

<正>变桨系统是风力发电动机组的重要组成部分,直接影响风机的发电效率和性能。变桨系统分为电动变桨系统和液压变桨系统。介绍了风机的变桨系统原理和两种变桨系统结构并对两种变桨系统进行了简要的对比分析。随着风力发电动机组单机容量的不断增大,在风电动机组中采用变桨距控制技术显得尤为重要。但由于我国风电技术研究起步较晚,尤其是变桨距控制技术与发达国家相比仍有较大差距。变桨距控制系统是依靠驱动技术和动力系统     

潮流能透平装置电液比例变桨距控制系统设计及其试验

潮流能透平装置的变桨距系统是潮流能商业化应用的关健性部件.在分析潮流能变桨距系统特点的基础上,设计了一套新型的液压式变桨距系统.系统由液压缸前置的齿轮齿条式执行机构及基于电液比例技术的液压拉制系统组成.采用连续域一离散化的方法设计了液压控制系统并在厂房内开展了开环及闭环变桨试验.试验结果显示系统的调桨角度达到188.30,最大变桨速度为3.36 °/s,验证了系统变桨时流的功能.试验发现,采用数字比例-积分-微分(PID)算法的控制系统响应速度快,能够实现节距角的精确控制,阶跃响应调整时间小于1 s,稳态误差小于0.05°.     

基于能量传递函数法的风电机组液压变桨距系统的建模及仿真

液压变桨距系统作为风力发电机组的重要组成部分,对保证风电机组的正常运行起着至关重要的作用。能量传递函数法是在功率键合图基本理论基础上,提出的一种对多能量耦合系统进行建模的方法。本文利用能量传递函数法对变桨距液压系统进行建模,为风电机组变桨距控制策略的研究以及控制算法的改进提供了精确的对象模型。通过对仿真结果的分析,证明了这种建模方法的正确性和有效性。     

基于TS模糊加权的风电机组变桨距的双模切换优化控制

传统的PID变桨距控制策略存在转速波动较大、变桨的跟随性差等不足。以风速在额定风速以上时,使风力发电机的输出功率稳定在额定功率为研究目标。针对变桨系统的惯性与延迟导致控制过程动态调节时间长、超调量大等问题,提出了基于T-S模糊加权的模糊与PID双模切换优化变桨距控制策略。以Simulink为试验平台,搭建了永磁直驱风力发电机组的变桨控制模型。通过仿真验证表明,所提方法具有模糊控制与PID控制两者的优点,控制输出的桨距角精度更高、响应速度更快、功率更加靠近发电机输出的额定功率。     

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略

以永磁体励磁多极直驱式同步风力发电机组(directly driven wind turbine with permanent magnet synchronous generators,D-PMSG)为对象,建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的D-PMSG数学模型,提出了风力机桨距角和发电机转速的控制策略：桨距角的控制策略中以风速和发电机功率为输入信号,采用比例–积分控制很好地反映了不同风速对桨距角控制的不同要求;发电机转速控制策略中采用dq同步旋转坐标下的矢量控制方法,用d轴电流控制无功功率,用q轴电流控制转速,既实现了机组的解耦控制,又充分利用了发电机容量。运用Matlab/Simulink建立了D-PMSG仿真模型,对风速阶跃变化时机组运行情况进行了仿真,结果验证了该模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。     

无模型控制器在风电变桨控制系统中的应用

由于风速、风向的随机性导致风力发电变桨距系统具有非线性、强耦合、大时滞等特点,难以准确建模。为改善系统动态性能,保证发电机输出功率恒定,将无模型控制器引入到风力发电变桨系统中。采用MATLAB软件的Simulink工具构建该模型并仿真。结果表明,在高风速段和额定风速附近,发生相同的风速变化值,无模型变桨控制系统通过桨距角的不同调节可以很快实现发电机的恒功率输出。另一方面,本文将该控制系统应用于风力发电机组运行测试,其运行结果与模拟结果一致。因此,本文设计的无模型变桨系统控制效果良好,优化了风电系统的稳定性。     

Simulation of variable‐speed wind generation system using boost converter of permanent magnet synchronous generator

This paper proposes a variable‐speed wind generation system using the boost converter. The proposed system has three speed control modes for the wind velocity. The control mode of low wind velocity regulates the armature current of the generator with the boost converter to control the speed of wind turbine. The control mode of middle wind velocity regulates the DC link voltage with the vector controlled inverter to control the speed of wind turbine. The control mode of high wind velocity regulates the pitch angle of the wind turbine with the pitch angle control system to control the speed of the wind turbine. The hybrid combination of three control modes extends the variable‐speed range. The proposed system simplifies maintenance, improves reliability, and reduces the costs compared with the variable‐speed wind generation system using a PWM converter. This paper describes the control strategy and modeling for a simulation of the proposed system using Simulink of Matlab. It also describes the control strategy and modeling of a variable‐speed wind generation system using a PWM converter. The steady state and transient responses for wind velocity changes are simulated using Matlab Simulink. This paper verifies the fundamental performance of the system using a boost converter by discussing the simulation results of both systems. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 169(4): 37–54, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20902     

基于MATLAB/Simulink的飞机自动驾驶仪俯仰通道控制优化

针对某型号民用飞机进行飞行控制自动驾驶仪中俯仰控制通道的模拟建模与控制优化仿真。对飞机自动驾驶仪俯仰控制通道进行模型建模,并对该通道模型系统进行设计改进。俯仰通道控制律的建模在MATLAB开发环境中完成,而系统的控制优化仿真是在Simulink开发界面中完成,涉及在MATLAB中对C语言函数的调用、对自动控制系统的搭建和在Simulink中对各个模块的调用。利用PID控制器和无纹波最少拍数字控制器对系统进行改进,前者对系统的稳定性、准确性以及物理可实现性进行改善,后者对系统的时间参数进行优化和改进,使其快速性提高。仿真结果表明,系统调节时间被控制在1.1 s,超调量不多于5%,稳态误差少于1%,系统的物理可实现性、稳定性、准确性以及快速性都能满足基本要求,采用的方法直接、高效,且模型参数的计算精度也基本能满足要求。选择MATLAB/Simulink作为开发工具,有利于控制系统模型的搭建以及后续建模结构的开发,极大程度上降低控制器和系统控制优化仿真模型的开发难度,对基于更加自动化的驾驶仪和系统更深层次自检功能的深入开发应用提供了有力的技术支持和参考。     

Dynamic behavior of an island power system with variable‐pitch wind turbines under high renewable energy penetration and high wind speed

High penetration of renewable energy in a power system may cause the problem of power dispatching and stability. The detailed dynamic behavior analysis for such a system is therefore important to the planning and operation of the power system. This study discussed the dynamic characteristics of an island power system with variable‐pitch wind turbines under high wind speed and high small hydraulic output power. The system primarily consisted of three diesel engine power generation systems, three constant‐speed variable‐pitch wind turbines, a small hydraulic induction generation system, and lumped static loads. The maximum penetration of renewable energy in this system could reach almost 60%. Detailed models based on MATLAB/Simulink were developed to cater for the dynamic behavior of the system. The results suggested that this island power system can operate stably in this operational mode with the help of variable‐pitch wind turbines. This study can serve as an important reference for planning, operation, and further expansion of island power systems. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

V42—600kW风电机组液压系统常见故障分析

辉腾锡勒风电场V42—600kW风电机组的刹车、变桨系统均采用液压驱动技术,通过对该机组的液压系统结构、工作原理及运行过程的介绍,结合多年的现场检修经验,对液压系统油温不正常、滤芯压差大、液压泵打压超时、工作压力低、比例阀控制电压与变桨速度不匹配等常见故障原因、排查过程及处理方法作了分析和总结,对该机型液压系统的检修工作提供指导。     

直驱式风电系统低电压穿越建模与仿真

采用1500kW风力发电机组,基于直驱式风力发电机运行特性及最大风能跟踪原理,在Matlab／Simulink仿真环境下建立了直驱式风电系统低电压穿越的仿真模型,通过接入不同的阻抗,进而产生不同的电压跌落,对其在风电机出口发生三相短路故障时,电压跌落50％进行低电压穿越仿真,结果显示在进行电压跌落过程中风机能够保证稳定运行,验证了模型的合理性。     

独立变桨条件下的风力发电机动态载荷优化及仿真分析

针对大型风电机组动态载荷分布不均问题,提出基于线性二次高斯控制的独立变桨控制策略,通过建立整机系统模型和线性二次高斯算法（LQG）控制器,利用SIMPACK软件与Simulink进行联合仿真,计算比较不同控制方式下风力机主要零部件所受的载荷。计算结果表明,相对于统一变桨,独立变桨控制方式能够更好地稳定输出功率和载荷波动。相对于传统的PI统一变桨控制,LQG独立变桨控制能更好地降低风力机主要零部件的疲劳载荷。