大偏航角下基于IPC的风力机变速率停机控制研究

通过分析机组在触发偏航超限停机过程中，叶片在不同方位角下的受力情况，指出大偏航角下叶片受载不均衡是导致轮毂中心出现极限载荷的根源，并研究桨距角与偏航角方向对不均衡受载的影响，在原始控制策略的基础上，引入基于叶轮方位角的独立变桨控制（IPC）变速率停机策略，减小机组在负向大偏航下的气动不平衡，大大降低了轮毂与偏航轴承中心极限载荷，依据IEC标准，并以某7.0 MW海上风力机为研究对象，通过偏航超限工况载荷计算，对比分析发现，基于叶轮方位角IPC变速率停机策略，可减小不平衡推力引入的倾覆弯矩，达到减小机组载荷的目的，为此特定风况下的降载提供了可靠依据。     

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。     

减小风力机1P气动载荷和3P气动转矩脉动的独立变桨距控制策略研究

为研究风切变和塔影效应对三叶片风力机气动载荷、气动转矩以及输出功率的影响,根据风切变和塔影效应的风速模型,引入等效风速模型,推导分析风力机1P(P为风轮旋转频率)气动载荷和3P气动转矩脉动的形成机理,并基于GH Bladed仿真平台验证这2种脉动的存在性。为减小这2种脉动对风力机产生的影响,基于变桨控制,设计带通滤波器过滤出风力机输出功率的3P脉动分量,并结合方位角信号将其转换为每支叶片的桨距角调节信号,与统一变桨控制的桨距角参考信号叠加,实现基于输出功率和方位角联合反馈的独立变桨距控制。仿真结果表明,所提独立变桨距控制策略不仅能有效缓解风力机1P叶根挥舞载荷脉动,还能明显减小气动转矩和输出功率的3P分量,从而在减小风轮疲劳载荷的同时提高风电机组输出电能质量。     

风力发电系统权系数独立变桨距矢量控制

风电系统具有多变量、非线性以及不确定等特点,为了减小叶片不平衡载荷造成的机组疲劳和振动,在2 MW风力发电系统中采用了基于权系数的独立变桨距矢量控制。在MATLAB软件中建立机组的数学模型,与统一变桨距系统的控制效果进行比较,通过仿真验证了权系数独立变桨距矢量控制方案的合理性和优越性。     

基于神经元PID的风力发电机组独立变桨控制

针对传统统一变桨距控制策略存在的不足,基于风力机空气动力学原理,提出了基于神经元PID的独立变桨距控制策略,将测量的桨叶根部My方向载荷通过神经元PID控制算出d、q轴的桨距角,经反Park变换得到3个桨叶的附加桨距角,将其与统一变桨距角相加作为独立桨距角的设定值。并借助Fast软件平台以2MW变速变桨风力发电机组为例,仿真比较了独立变桨距控制策略与统一变桨距控制策略。结果表明,独立变桨距控制策略能有效保证在额定转速下机组输出功率稳定,且能有效降低风力发电机组各零部件的疲劳载荷。     

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。     

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。     

变速变桨风力机叶片载荷控制策略

针对变速变桨风力机叶片受力特点,提出叶片载荷控制策略。将叶片载荷分为静态和动态两部分。静态部分采取单神经元PID控制器对桨距角和电机转矩进行控制;动态部分采取多叶片坐标转换理论将变量从旋转坐标系转换到固定坐标系,再将力矩转换为桨距角,然后通过多叶片坐标逆变换将控制得到的参数转换为旋转坐标系中的参数。最后将动态部分的参数值和静态部分的单神经元PID控制器的输出桨距角相加,一起构成风力机变桨所需的控制值。采用风力机专业软件Bladed开发外部控制器,并对控制策略进行仿真研究。将外部控制器和内置控制器的控制性能进行了仿真对比,仿真结果表明:外部控制器能够有效降低叶片根部的倾斜力矩和叶片拍打力矩,外部控制器的控制性能更优,验证了所采用的叶片载荷控制策略的正确性。     

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。     

基于载荷估计的风力发电机组独立变桨距技术研究

研究基于载荷估计的风力发电机组独立变桨距技术。传统的独立变桨距控制技术需测量叶根弯矩作为目标值,且需在每个桨叶上安装载荷传感器,增加了安装和维护成本,同时会引入测量噪音,基于载荷估计的独立变桨距技术能很好地克服上述问题。分析风力发电机组载荷的主要来源及其影响程度,建立风载荷的过程模型,并以此构建载荷估计器。在NREL建立的风力发电机组模型FAST上对载荷估计器进行验证,并与传统方式进行对比,结果表明:基于载荷估计的独立变桨距控制器在一定程度上可消除风力发电机组上的不平衡载荷,与统一变桨距控制相比,叶轮的俯仰力矩最大峰值减少23%,偏转力矩的最大峰值减少15%,与传统独立变桨距控制技术相比,成本大大降低。