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。     

基于H_2/H_∞混合优化的大型风电机组变桨距鲁棒控制技术研究

基于线性矩阵不等式(LMI)设计多目标鲁棒H2/H∞状态反馈变桨距控制器,并通过极点配置,保证闭环系统的动态和稳态性能。变桨距控制器设计时充分考虑了减缓传动链疲劳载荷,达到减小机组关键部件载荷的目的。使用FAST软件进行仿真,仿真结果表明新型控制策略可有效平稳风电机组输出功率并降低机组疲劳载荷,实现了优化H2/H∞鲁棒控制性能。     

基于差分进化算法的风电机组变桨参数寻优

针对大型双馈式风电机组变桨控制器参数优化问题,提出基于差分进化算法离线寻优变桨控制器PI参数的策略。基于GH Bladed软件得出的双馈式风电机组的高阶线性化模型,利用Matlab软件辨识出既满足精度要求,又可进行参数寻优的低阶模型。然后采用差分进化算法优化变桨PI控制器参数。利用寻优得到的参数进行变增益变桨控制,以达到稳定功率的控制目标。以5 MW双馈式风电机组为研究对象进行仿真验证。在阵风工况下,寻优后的输出功率很快恢复到额定值附近,而且最大偏离量较优化前小。在平均风速为16、18和20 m/s的湍流风工况下,寻优后的输出功率标准差较优化前分别降低23.31%、22.78%和18.32%。     

基于单神经元权系数的风电机组独立变桨控制

针对风电机组大型化造成风轮受风剪切效应不良影响的问题,提出了采用模糊PID功率控制器与单神经元动态权系数分配的独立变桨距控制方案。使用Matlab软件对该方案应用于1 MW双馈型风电机组独立变桨距的运行工况进行仿真研究。仿真结果显示,独立变桨距控制方案在保证机组输出功率稳定的前提下,显著改善了风机叶片与风轮承受的轴向不平衡气动力的幅值与波动,进而降低了机组运行过程中受到的气动疲劳载荷,有助于延长机组寿命。     

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。     

叶片变桨速率对风电机组停机过程载荷特性影响研究

分析叶片变桨速率对于风电机组机械载荷影响的机理,并基于某2.5 MW双馈型风电机组载荷实测数据,对相同外部条件不同叶片变桨速率停机过程的载荷数据进行分析,研究叶片变桨速率对风电机组疲劳与极限载荷的影响。运用GH Bladed软件,对不同叶片变桨速率停机工况下的风电机组载荷进行仿真计算,验证叶片变桨速率与风电机组载荷之间的内在关系。现场测试数据与仿真结果均表明,风电机组停机过程中的载荷特性与叶片变桨速率相关,且随着叶片变桨速率的增加,疲劳与极限载荷随之明显增加。由叶片变桨速率增大导致的风电机组极限载荷增加比例与疲劳等效载荷增加比例相近。     

基于混合灵敏度H_∞的海上风力发电机组变桨控制及振动抑制

针对海上风力发电机组输出功率波动大和塔架振动明显的问题,设计了混合灵敏度H∞变桨控制器,并引入塔架前后加速度反馈控制,基于SUT-3000双馈风力发电机组模型,利用GH_Bladed软件进行仿真验证。仿真结果表明,在该控制策略作用下,海上风力发电机组输出功率比传统PI控制方法波动更小,保证了海上风力发电机组在高风速运行时输出功率的稳定性,同时降低了塔架前后振动响应。     

基于泛模型的风轮不平衡载荷控制

针对大型变速变桨风电机组风轮的非线性特征和难以建立精确模型的问题,设计了一种基于泛模型的风轮不平衡载荷自适应控制器。根据传感器测量的叶根载荷,对3个叶片进行独立变桨控制,通过3个叶片的桨距角差异来减小风轮的不平衡载荷。在此基础上,以双馈变速变桨机组为对象,通过仿真对该控制器进行了测试,结果表明该方法用于减小风轮的不平衡载荷是可行且有效的。     

基于蚁群算法的Spar型浮式风机独立变桨控制方法

针对多自由度、非线性、强耦合的漂浮式风电机组,为了缓解其在额定风速以上出现的风轮载荷不平衡、漂浮式基础摇荡及功率输出不稳定等问题,提出了一种基于蚁群算法的独立变桨控制方法,用于动态优化PID控制器参数。针对传统蚁群算法搜索效率低、质量差等问题,文章采用最优-最劣蚂蚁系统对其改进,得到了更适用于漂浮式风电机组的蚁群PID独立变桨控制方法。FAST-Matlab/Simulink联合仿真结果表明,相比于PID独立变桨控制,基于蚁群算法的独立变桨控制方法能有效地减小桨叶根部所受力矩,缓解漂浮式基础的纵向运动,保证功率输出的稳定。     

独立变桨控制下的风力机齿轮箱动力学仿真分析

针对大型风电机组齿轮箱动态载荷问题,以多体动力学理论为基础建立风力机齿轮箱动力学模型,研究系统的独立变桨控制技术,提出线性二次高斯控制(LQG)独立变桨控制策略,建立LQG控制器,利用SIMPACK软件与Matlab/Simulink进行联合仿真,计算在仿真风速下的风力机齿轮箱载荷变化情况,计算并比较在不同风速、不同控制方式下风力机齿轮箱齿轮和轴承所受的动态载荷。计算结果表明,相对于统一变桨,独立变桨控制能更好地降低齿轮箱内部载荷波动,从而降低风力机齿轮箱齿轮和轴承的疲劳载荷。