独立变桨控制对大功率风力发电机振动影响

随着风力机功率的越来越大,结构越来越大,国产化风力发电机振动问题逐渐显现出来。以国产兆瓦级风力发电机组为依托,研究大型风力发电机组独立变桨距控制技术,并以此为基础研究独立变桨控制对大功率风力发电机振动影响。在研究了传统变桨距控制策略的基础上,提出基于线性二次型调节（LQR）和干扰自适应控制 (DAC)技术的独立变桨控制策略。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台对提出的控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。对一台5 MW 机组的仿真研究结果表明,分析结果与统一变桨比较,通过独立变桨,风力机结构的各项振动加速度幅值均有较大程度下降,能够有效降低风力发电机振动,进而可以提高设备可靠性和延长设备使用寿命,降低维护成本。     

基于滑模变结构的风力机变桨距控制研究

根据风能的不确定性和风力发电机的系统有着很强的非线性特点,设计了滑模变结构控制器,对1台采用该控制策略的异步双馈发电机进行变桨控制,利用Matlab/simulink对其运行行为进行仿真研究,仿真结果表明,滑模变桨性能不仅能有效控制风力发电机的转速范围,而且能保持风力发电机在额定风速以上的最大功率输出。     

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。     

基于单纯形法的风电机组独立变桨控制技术研究与仿真

针对风电机组在风切变、塔影效应的影响下，如何减缓叶根挥舞弯矩进行了研究。提出了基于单纯形法的独立变桨控制策略，在保证风电机组功率控制的基础上，实现减缓叶根挥舞弯矩及其1P分量载荷的目的；分别将该方法和传统PI控制的独立变桨控制策略应用于4.5MW风电机组模型，并在湍流风况下进行仿真，对比分析叶根挥舞弯矩及其功率谱密度、机组输出功率。通过4.5 MW风电机组模型仿真运行数据分析，表明基于单纯形法的独立变桨控制策略能够有效减缓叶根挥舞弯矩及其1P分量，且能稳定输出功率。     

大型风机的独立变桨控制方法

为了缓解风力发电机组由于风速扰动所造成的疲劳载荷,给出了一种基于RBF神经网络滑模独立变桨控制策略。通过分析风力机的基本特性,提出将RBF神经网络滑模功率控制单元和独立变桨控制单元相结合的控制方式。RBF神经网络滑模功率控制单元通过对发电机电磁转矩及桨叶桨距角的控制来平衡风力机的气动转矩,使风轮保持额度转速,实现稳定风电机组的输出功率的目的。而RBF神经网络独立变桨滑模控制单元通过实时微调风机桨距角,来优化功率控制单元的统一桨距角信号,实现缓解风机结构疲劳载荷的目的。最后,通过建立基于RBF神经网络滑模独立变桨控制的风力发电机组进行相应的仿真与实验,证明基于RBF神经网络功率控制和独立变桨滑模控制相结合的方法具有良好的控制效果,稳定风机输出功率的同时,极大地缓解风机的结构载荷,降低风力发电机组的维护成本。     

GH Bladed和Matlab的交互软件设计及风力发电机的独立变桨控制器仿真研究

在风力发电机的设计过程中,设计人员常需借助于一些专业的风力机设计软件,如GH Bladed等。GH Bladed是一款工业级的风力机设计仿真软件,它具备了一些基本的风力机设计和验证工具,但是还不是十分全面,它的外部控制器的编写也不方便。利用命名管道技术、Matlab Engine技术设计出交互软件,使得GH Bladed和Matlab能够同步对风力发电机进行仿真,进一步扩展了GH Bladed的分析功能,方便了外部控制器的设计。利用已设计的交互软件进行了独立变桨控制器的设计和验证,并利用Matlab对独立变桨控制前后桨叶根部弯矩负载进行了分析,仿真结果表明该减振控制策略可以有效的减弱振动中的1P分量。控制策略的仿真实现过程也表明利用软件平台可以快速实现相应的控制算法,同时可降低数据分析的难度。     

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。     

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。     

基于最小化多变量的独立变桨距控制研究

针对大型风力机桨叶承受载荷不均匀的问题,在研究传统的统一变桨距控制策略的基础上,提出了一种基于最小化多变量的优化独立变桨距控制策略。以将风力机桨叶桨距角与发电机转速为控制变量,同时实现多变量最小化,再结合独立变桨距控制,利用bladed软件对该控制策略进行仿真。通过仿真结果验证可知,在风力发电机组获得最大功率情况下,相比传统的变桨距控制策略,该控制策略具有很好的鲁棒性和更好的减载效果,弥补了统一变桨距控制的不足,完全符合大型风力发电机组对桨叶载荷控制的目的。     

兆瓦级变速恒频风电机组变速变桨距控制技术研究

根据风速的大小,将变速恒频风力发电机组整个并网运行阶段划分为4个区域,每个区域采用不同的控制算法.在额定风速以上,为应对极端风况,引入2个变桨控制器,分别对发电机转速和加速度进行控制.利用风力发电领域权威仿真软件--GH Bladed对控制算法进行了仿真验证.将控制策略应用在某风力发电场的双馈风力发电机组上,获得了较为理想的效果.     

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。     

变速变桨距风力机功率控制策略

针对风力机运行区域特点,提出变速变桨距风力机功率控制策略。以风力机专业设计软件Bladed为工具,对风力机功率控制策略进行仿真研究;结合C＋＋语言对Bladed进行二次开发,设计其外部控制器;外部控制器和Bladed进行数据交换,控制风力机功率输出,优化风力机性能。仿真结果表明：在额定风速以下,外部控制器能够追踪最大功...     

风力发电机的恒功率控制

针对大型风力发电机组因反馈信号滞后引起的输出功率波动进行研究。在研究了传统转速反馈PI控制和基于测量风速前馈控制的基础上,提出了基于有效风速估计的前馈与功率反馈PI结合的变桨控制策略,通过牛顿-拉夫逊算法进行有效风速估计,根据有效风速估计值给出合适的前馈桨距角,实现动态前馈补偿。基于Fast软件平台开发的外部控制器,对恒功率控制提出的控制策略与传统的控制策略进行仿真比较。仿真结果表明：相对传统的控制策略,提出的前馈控制使风力发电机组能够保持稳定的电功率输出。     

Research on individual pitch control below rated wind speed

The structure of the modern wind turbine is becoming larger and more complex, with the wind rotor exceeding hundreds of meters in diameter. The blade shear force is also becoming increasingly serious below the rated wind speed, which leads to structure fatigue loads and instability of the generator power. For improving the dynamic performance of large wind turbines, it was proposed that individual pitch control (IPC) method was operated below the rated wind speed. In this paper, we analyze the relationship between the aerodynamic characteristics of blades and the nonlinear time‐varying pitch control system based on wind shear and the tower shadow effect. The combination of IPC and torque control is used to optimize the control mode of the wind turbine. By fine‐tuning the pitch angle, the unbalanced force on the wind rotor was relieved to achieve the purpose of mitigating fatigue loads. Finally, our experimental results prove the validity of the proposed IPC method below the rated wind speed by showing that it can improve power quality and reduce fatigue loads of the key components without reducing the generator output power. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

风电机组变增益组合控制技术研究

以捕获最大风力发电机组功率为目的,提出了变增益分段组合控制策略。该控制策略通过分析变速恒频风电机组主要采用的两种变速变距控制方法,根据功率-转速曲线,提出了变增益式分段组合控制策略,将变速恒频风电机组发电运行分成3个区域:低于切入风速,高于切入风速低于额定风速和高于额定风速,针对每个区域分别采用不同的变增益组合控制方法和实现方式;并通过Bladed软件仿真验证了组合控制策略的可行性,在不同运行区域控制结果能够满足控制策略的要求。     

大型风电机组模糊滑模鲁棒控制器设计与仿真

目前大型风力发电机组(功率在1 MW以上)普遍采用变速-变桨距控制机构,其主要目的是提高风机的响应速度,同时获得最大功率。但是由于风速和风向是时刻变化的,所以风机发出的功率也是时刻变化的。另外,由于一些不确定因素的存在,整个风能转换系统具有很强的非线性。模糊控制无需精确的数学模型,滑模控制能提高系统的鲁棒性和稳定性。该文设计了一种基于模糊滑模控制理论的控制器,同时使用仿真软件建立了1.5 MW变速-变桨距风机仿真模型。仿真结果表明,模糊滑模控制器可使风机系统减小静态误差,弥补非线性带来的影响,且具有很好的鲁棒性。     

基于变参数减载控制的风电场一次调频策略

变速恒频风机通过电力电子设备实现并网,导致机组转速与系统频率不再有耦合关系,无法主动响应系统频率变化。针对风电大规模并网引发的系统调频安全问题,采用优先减载低风速机组的风电场预留备用策略,并结合桨距角控制,实现满足系统备用需求,同时最大限度地储存旋转动能;然后提出了变调频系数的虚拟惯量控制策略,给出了下垂系数的整定方法,以实现风机减载功率充分释放,为系统提供可靠的调频功率支持。在DIgSILENT中建立了系统仿真模型,结果表明：所提策略能够合理分配风机的减载功率,并有效利用备用容量参与系统调频,提升了风机的频率控制能力。     

风力发电系统的暂态仿真模型研究

详细归纳了不同类型风力发电系统的暂态仿真模型,研究了包括空气动力系统、风机轴系系统、桨距控制系统和变频器在内的动态仿真模型,以双馈风力发电机为例,研究了变桨距恒频/变速风力发电系统的控制系统模型。最后,在电力系统分析软件DigSILENT PowerFactory上分别对异步风力发电机、双馈风力发电机和全换相同步风力发电机进行建模,模拟变风速条件下不同类型风力发电机的动态特性。仿真结果进一步验证了所研究模型的正确性。