基于多变量参考的风电机组解耦控制方法及仿真验证

变桨变速型风电机组分别采用变桨和转矩调节控制模式。解耦控制被用于平滑切换2种控制模式,避免转矩与变桨调节同时作用或频繁切换带来的机组转速和功率振荡问题。提出一种基于变桨角度、转矩输出、发电机转速等多种变量参考的变桨转矩解耦控制方法,并引入时间迟滞判断条件,实现转矩控制和变桨控制的解耦。采用上述解耦控制策略,基于PLC可编程控制器、Bladed仿真软件构建了3 MW双馈型风电机组控制系统及仿真模型。结果表明,额定风况附近,风电机组平均功率波动在±50 k W以内,统计功率曲线达到设计功率曲线要求,可满足额定风况附近风电机组的控制需求。     

基于双控制器平滑切换的变桨控制算法开发

为提高大容量风电机组在山地大湍流风场的适应能力，提升山地风场机组安全系数。通过变桨控制策略的整体结构改进，在原有变增益PI控制算法基础上，设计了模糊变桨PI控制，并开发了两种变桨控制器根据不同风况平滑切换的控制方案，完成了变桨双控制器平滑切换的新型变桨控制算法开发。通过仿真实验及现场应用证明，变桨双控制器平滑切换控制方案能减小大湍流风场机组超速及振动故障发生率，降低机组载荷，提升机组安全系数。统计表明，该算法使山地大湍流风场机组振动故障减少60%以上，超速故障减少100%。     

基于实时状态的大型风电机组变桨非线性控制器设计

变桨控制技术是MW级大型变速变桨风电机组的核心控制技术之一,通过变桨控制可以使大型风电机组在高于额定风速的情况下调整风能吸收系数,保证风电机组输出功率恒定在额定功率附近.风轮是一强非线性环节,由于目前常规的控制手段缺乏对风轮这类强非线性环节自适应调整能力,导致只能在某一段线性化区域内获得比较好的控制效果,而在全工况范围内往往存在超调或跟踪不及时等问题.本文提出通过建立反向传播双层神经网络的方法动态估计有效风速,并基于有效风速和风电机组实时状态动态设计变桨控制器非线性校正环节,使控制器输出控制率依据风电机组实时工作点非线性程度动态调节,确保在全工况范围内控制器输出均能获得良好的控制效果.仿真结果表明了本文提出方法的有效性.     

近空间飞行器多模型鲁棒保性能软切换控制

针对可变机翼后掠角的近空间飞行器,提出一种多模型鲁棒保性能软切换控制方法.首先,将非线性系统的工作空间划分为若干区域,在每一区域建立局部T-S模糊模型;然后,根据性能指标利用广义系统的方法,设计局部鲁棒保性能控制器,从而大大减少了计算量,由于控制器在模糊了的边界处进行切换,保证了系统状态在切换过程中的平滑性;最后,对近空间飞行器在变机翼过程中的姿态进行控制,仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

风电机组变桨距模糊遗传控制算法研究

为提高额定风速以上风力发电机组发电机转速和输出功率的稳定性,基于风电机组的运行特性,建立了风电机组变桨距控制仿真模型;针对遗传算法收敛速度慢的缺点,采用模糊遗传算法对PID控制器参数进行整定。仿真结果表明,基于模糊遗传的控制器不仅提高了遗传算法的收敛速度,且在动态性能及系统稳定性方面均优于遗传算法控制器。     

风电机组电动变桨距控制系统的优化研究

由于风速的随机性、不稳定性及气动效应的影响,使得风力发电机组变桨距控制系统具有非线性、参数时变性、强耦合等特点,难于实现高精度控制,导致风电机组输出电能质量较差。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能,分析了风电机组变桨距控制系统的现状,建立了整个风电机组模型,提出了优化的变桨距控制策略,并设计了基于模糊控制的变桨距控制器。仿真结果表明,独立变桨距控制技术的控制效果比统一变桨距好,实现了风力机各叶片的优化独立变桨距控制,优化了风力发电系统在超过额定风速时的恒功率控制,具有抗干扰能力强、控制精度高的特点。     

编码器原理及其在风电控制系统中的应用

本文主要讨论增量式和绝对式旋转光电编码器如何在风电控制系统中准确测量变桨电机转子旋转速度和位置。以及双馈发电机转子转速的精确测量,实现对桨叶角度控制和双馈发电机的伺服控制。     

额定风速以上风切变场中风力发电系统独立变桨鲁棒控制

研究了风切变场中风力发电系统的独立变桨鲁棒控制问题.针对风切变对额定风速以上恒功率控制的影响,设计了一种额定风速以上独立变桨距鲁棒控制器,该控制器由基于自抗扰控制的集中桨距角控制器和基于扰动补偿的独立桨距角控制器叠加而成,其中统一变桨控制器能及时补偿由于风速变化,风力机参数变化导致的系统模型不确定性,并且能有效抑制电磁转矩扰动;独立桨距角控制器能有效抑制风切变引起的转速波动以及叶片拍打方向的机械载荷,对统一变桨信号的频率和幅值变化的鲁棒性较好.理论分析和仿真结果表明了本文所提方法的有效性.     

多模态控制在步进电机位置伺服系统中的应用研究

针对步进电机伺服系统的响应速度慢、稳态误差低的问题,提出了一种多模态控制策略。根据误差大小调节两种控制策略对被控对象的作用权值,使最终的控制量连续输出,实现控制策略无扰动、平滑的切换。半实物仿真实验结果表明,该控制策略较好地综合了模糊控制和模糊PID控制的优势,系统反应速度快,震荡小,抗干扰能力强,同时一定程度上改善了低频振荡和高频失步的问题,具有实际应用价值。     

基于WinCC以及Excel的变桨控制监控系统

风力发电机变桨技术对变桨控制的监控系统要求越来越高。利用西I＂1子的WinCC组态软件以及Excel文件.以1.5MW风力发电机研究对象,提出了一种改进的变桨控制监控方案,提高了变桨控制的实时性以及技术人员的工作效率。     

Intelligent control for large-scale variable speed variable pitch wind turbines

Large-scale wind turbine generator systems have strong nonlinear multivariable characteristics with many uncertain factors and disturbances. Automatic control is crucial for the efficiency and reliability of wind turbines. On the basis of simplified and proper model of variable speed variable pitch wind turbines, the effective wind speed is estimated using extended Kalman filter. Intelligent control schemes proposed in the paper mchde two loops which operate in synchronism with each other. At below-rated wind speed, the inner loop adopts adaptive fuzzy control based on variable universe for generator torque regulation to realize maximum wind energy capture. At above-rated wind speed, a controller based on least square support vector machine is proposed to adjust pitch angle and keep rated output power. The simulation shows the effectiveness of the intelligent control.     

变桨距风力发电机组恒功率反馈线性化控制

在额定风速以上时,为保证风电机组的安全稳定运行,需要降低风力机捕获风能,使风力机的转速及功率维持在额定值,基于微分几何反馈线性化方法,提出变桨距风力发电机组恒功率控制策略.建立了风力机的仿射非线性模型,采用微分几何反馈线性化变换实现全局精确线性化;根据新的线性化模型,以风力机转速为输出反馈变量,叶片桨距角为输入控制变量,设计桨距角控制器;在风速高于额定值时调节风力机维持在额定转速,从而实现额定风速以上的恒功率控制.仿真结果表明,所提控制策略能较好地解决变桨距风力发电机组额定风速以上的恒功率控制问题,控制方法具有较好的适应性和鲁棒性.     

变速风力发电机组出功控制策略研究

变速风力发电机组通常采用转速控制和变桨距控制相结合的方法,在额定风速以下主要调节发电机的转矩使转速跟随风速变化而变化,以获得最佳叶尖速比;在额定风速以上通过调整桨叶节距,改变气流对叶片攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩,才能使功率输出保持稳定传统PID控制方案在风电控制中仍然发挥重要的作用,先进的控制算法与传...     

LPV动态补偿的风能转换系统变桨距控制

当风速超过额定值时,风能转换系统需要控制节距角来实现额定恒功率控制.同时控制电机电磁转矩使转速维持在其额定值以减少系统振荡.建立了风能转换系统的机理模型并得到其线性参数变化(LPV)系统模型;在多变量(MV)控制策略的基础上,设计了基于LPV模型的增益调度控制器,对节距角和电磁转矩进行动态补偿;基于dSPACE的风能转换系统硬件在回路仿真平台进行实验研究,结果表明补偿后系统的功率误差更小,电机转速及转矩的波动明显减小,体现了更好的动态性能.     

基于云模型的变桨距系统积分滑模控制

针对具有参数变化和外加干扰的变桨距风力发电系统,提出了一种基于云模型的积分滑模控制。在滑模控制中引入误差项的积分,并用状态量代替误差的导数,消除传统滑模控制需要期望输出信号导数已知的假设;利用云模型的不确定性推理方法,动态地调节切换增益;利用积分的方法对切换增益进行估计,估计出系统中不确定因素的界,有效地削弱系统的抖振。仿真结果表明:该控制器用于风速高于额定风速以上的变桨距控制系统中,具有较好的控制品质,对系统参数的不确定和外部干扰具有很强的鲁棒性。     

额定风速以上风力发电机组的恒功率H∞鲁棒控制

风力发电机组由于机械结构以及电气负荷承受能力的限制存在着转速限制和功率限制, 额定风速以上时,需要通过控制桨距角来实现额定恒功率输出, 同时保持转速在额定转速处. 本文建立了风力发电机组的详细机理模型, 将H_∞控制理论应用到额定风速以上时风力发电机组的恒功率输出的控制器设计, 建立了标准H_∞恒功率控制问题. 利用LMI方法求解, 得到了桨距角的H_∞控制器. 仿真结果表明该H_∞控制器能够成功实现额定风速以上时的恒功率输出控制, 并且具有良好的鲁棒性.     

MW级风电系统的变桨距控制及载荷优化

针对风速的随机性及不确定性的特性,以及大型变速变桨风电机组(Variable Speed Variable Pitch Wind Turbine,VSVP)在桨距控制过程中,由于其大转动惯量造成发电机转速响应延迟的问题,提出了一种基于卡尔曼滤波算法的风轮气动转矩观测器,并将气动转矩与参考转矩偏差作为控制器输入以及时响应外界风速变化.针对变桨过程中普遍存在的塔架前后振动和传动链扭转振动问题,提出了通过在原有控制策略的基础上采用加速度反馈和阻尼滤波的方式得到附加桨距角和转矩,从而抑制振动的控制方式.利用Bladed编制了外部控制嚣对某2MW风力发电机组进行仿真,验证了该算法的可靠性,将所提出的控制策略应用于MW级风力发电机组,能够改善桨距控制的动态特性,并有效降低关键部位疲劳载荷.     

变桨距风力机特性模拟

变桨距风力机在不同风速下具有不同的运行状态和输入输出关系.文章根据空气动力学理论研究了风力机静动态特性;探讨了不同风速下,变桨距风力机的控制方案及运行状态;根据变桨距风力机不同的运行状态,设计了发电机特性和桨距角控制方案;在matlab/simulink环境下,建立了适应变桨距风力机全状态的模拟系统;在匀速风、阵风、渐...     

An observer-based blade-pitch controller of wind turbines in high wind speeds

The paper focuses on variable-rotor-speed/variable-blade-pitch wind turbines operating in the region of high wind speeds, where blade pitch and generator torque controllers are aimed at limiting the turbine's energy capture to the rated power value. Coupled design is described of an observer-based blade-pitch control input and a generator torque controller, both of which not requiring the availability of wind speed measurements. Closed loop convergence of the overall control system is proved. The proposed control solution has been validated on a 5-MW three-blade wind turbine using the National Renewable Energy Laboratory (NREL) wind turbine simulator FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence) code.