风、浪对海上风电机组振动特性的影响及控制策略

建立了波浪模型,分析了风力机气动载荷和气动转矩中与水动频率相关的脉动分量产生的原因,并基于GH Bladed平台仿真验证了这种脉动的存在性。为减小这种脉动以及风切变和塔影效应对风力机产生的影响,将积分后的塔顶振动加速度信号与统一变桨距参考信号叠加,减小统一变桨距信号,结合风力机输出功率的3倍频风轮旋转频率(3P)脉动分量以及每支叶片的方位角将其转换为该叶片的桨距角调节信号,实现变桨距控制。仿真结果表明,所提变桨距控制策略不仅能有效平缓风、浪引起的海上风力机叶根挥舞载荷的脉动,还能明显减小其气动转矩以及输出功率的波动,在减小风轮疲劳载荷的同时提高了海上风力机的输出电能质量。     

基于LQG的独立变桨控制技术对风电机组气动载荷影响研究

基于多体动力学理论建立风力发电机组动力学模型,针对风轮载荷分布不均问题,在传统变桨距控制策略的基础上,提出基于线性二次高斯算法(LQG)的独立变桨距控制策略,并在Matlab/Simulink中构建控制模型,实现风力机系统的联合仿真,对提出的控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。研究结果表明:文中提出的独立变桨控制技术不仅可以实现功率控制,而且有效地降低了风电机组关键部件的疲劳载荷。在载荷优化方面比传统PI控制器效果更明显,更适合大型风电机组变桨距控制。     

变速变桨风力机的自适应变桨及转矩控制

针对风力机特性仿真结果的不准确性,风力机在运行过程中运行参数的变化导致最初选定的名义桨距角可能不是最优值,以及传统变桨可能导致电机转矩波动过大的问题,提出自适应变桨控制策略和线性二次型调节(linear quadratic regulator,LQR)转矩控制策略。以5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,使用Matlab/Simulink和FAST软件进行联合仿真,仿真结果表明所提出的控制策略能很好地解决桨距角最优值的确定以及在额定风速以上电机转矩波动过大的问题。     

基于功率和载荷协调的变桨距控制策略

风力机启动阶段变桨距实现最佳力矩,额定风速以上时变桨距实现恒功率控制。正常情况下变桨距过程引起的载荷变化不会超过设计阈值范围。但是,当风电机组设备老化疲劳后载荷阈值可能会下降,出现超载荷运行的现象,危害机组安全。本文在建立风电机组数学模型的基础上,分析了桨距角和载荷的内在关系,提出了功率和载荷协调的变桨距控制策略。当风电机组超载荷运行时,改变常规的变桨距控制策略,调整桨距角,优化变桨速率,以降低风电机组输出功率为代价,减小风电机组载荷,保证风电机组安全稳定运行。采用GH Bladed建模仿真,其仿真结果证明了控制策略的可行性和有效性。     

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。     

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。     

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。     

基于扰动调节控制器的风力发电机独立变桨距研究

本文将风力机的独立变浆距控制分成两部分设计：一是集中变桨距控制部分;一是修正变浆距控制部分。利用非线性PID控制设计集中变桨距控制器,使风力发电机组的输出功率稳定在额定值附近;利用基于扰动调节控制（Disturb＆rice Accommod＆ting Control简称DAC）器得到修正桨距角,减小风力机各叶片上的载荷。将各叶片的修正桨距角与集中桨距角之和作为对应叶片的独立桨距角输入风力机,实现了对风力机各叶片的独立变桨距控制。     

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。     

变速风力发电机组的多变量桨距控制策略

针对大型双馈式变速变桨(variable speed variable pitch,VSVP)风力发电机组在额定风速以上如何保持输出电功率稳定和降低风轮转速波动的控制技术进行研究.在研究了传统变桨距控制策略的基础上,提出非线性转矩控制结合以独立变桨作为主体因素的多变量控制策略,并基于Bladed软件平台开发的外部控制器对该控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较.结果表明:相对待统的变桨距控制,提出的变桨距控制使风力发电机组能够在额定转速下保持稳定的电功率输出,同时也能减小齿轮箱转矩尖峰.     

抑制风力机疲劳载荷的直接比例谐振独立变桨控制策略

为减小由叶轮扫略面内风速不均衡导致的风力机疲劳载荷,提出一种无需科尔曼坐标变换的直接独立变桨控制策略。首先,基于风力机叶片旋转坐标系和轮毂静止坐标系之间的关系,分析了叶根弯矩谐波载荷对轮毂载荷的影响规律及其抑制机理;其次,为抑制风力机谐波载荷并减少传统独立变桨控制策略倾覆和偏航力矩之间的耦合影响,提出基于单个叶根弯矩的直接比例谐振(PR)独立变桨控制策略,通过建立周期时变叶片系统的平均线性化模型,设计了相位补偿器和控制器参数,并对所提控制策略在系统参数时变情况下的稳定性进行了频域分析;最后,建立基于Turb Sim-FAST-MATLAB/Simulink风电机组载荷及控制联合仿真模型,分析了某1.5 MW风力机在湍流风作用下的疲劳载荷特性以及不同变桨控制策略的疲劳载荷抑制效果。结果表明,与常规统一变桨控制策略相比,所提直接PR独立变桨控制策略能有效抑制风力机疲劳载荷,且其对机组有功功率输出几乎无影响。     

减小塔影效应载荷波动的独立变桨距控制研究

针对塔影效应引起风电机组载荷波动的情况进行研究,对其引入独立变桨距控制。建立风电机组风轮的线性时变模型,并将其写成状态方程的形式,进而引入Coleman变换将其变换成线性时不变模型。然后,在此模型基础上,加入PID控制器,从而完成独立变桨距控制系统的设计。在塔影效应的影响下,分别对独立变桨距控制和统一变桨距控制情况下风电机组的载荷波动进行仿真对比研究,并利用雨流统计法对风电机组进行疲劳分析。研究结果表明：在塔影效应影响下,采用独立变桨距控制策略的风电机组载荷波动较采用统一变桨距控制策略的风机有明显改善,削弱了塔影效应载荷波动的影响,并延长了机组的使用寿命。     

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...     

风力机独立桨距角鲁棒自适应跟踪控制

针对风力机非线性电动桨叶系统,分析了桨叶承受的力矩和空气动力造成的不平衡载荷。根据动量矩定理,建立了具有时变不确定项的桨叶动力学模型。设计了风力机独立桨距角鲁棒自适应跟踪控制器,给出了控制器自适应参数的自适应更新率算法。利用李雅普诺夫稳定性理论,证明了桨叶控制系统的稳定性。采用Matlab/Simulink软件建立风力机桨叶动力学模型,仿真验证了控制策略的有效性和可行性。结果表明,在勿需知道桨叶系统时变不确定参数和不平衡载荷的情况下,所设计的控制器能够快速实现独立桨距角跟踪控制,控制器对复杂非线性桨叶模型表现出良好鲁棒控制效果。     

变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化

讨论了大型变速变桨风电机组在额定风速以上如何减小系统超调量以及降低机组载荷.根据风电机组的强非线性特点,采用基于模糊免疫PID的桨距控制策略,以减小发电机转速波动,改善功率品质.针对风电机组的塔架前后和侧向振动以及传动链扭转振动,提出了桨距、转矩阻尼滤波和加速度反馈等控制方式.通过Bladed外部控制器模块编程并进行仿真,结果表明所提出的控制策略能够改善变桨距控制的动态特性,降低关键部位载荷.     

变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化

讨论了大型变速变桨风电机组在额定风速以上如何减小系统超调量以及降低机组载荷。根据风电机组的强非线性特点,采用基于模糊免疫PID的桨距控制策略,以减小发电机转速波动,改善功率品质。针对风电机组的塔架前后和侧向振动以及传动链扭转振动,提出了桨距、转矩阻尼滤波和加速度反馈等控制方式。通过Bladed外部控制器模块编程并进行仿真,结果表明所提出的控制策略能够改善变桨距控制的动态特性,降低关键部位载荷。     

直驱永磁同步风电机组在全风速范围内的控制策略研究

为实现直驱式永磁同步风电机组在全风速范围内的高效、稳定运行,提出了一种基于最优转速给定的最大功率点跟踪控制策略与一种变桨距控制策略。当风速波动时,发电机转子转速的参考值将根据风电机组运行状态的不同选择不同的计算方式,使得风力机功率系数最大或稳定在额定转速不超速。而桨距角的大小将根据发电机的输出功率变化,当输出功率小于额定值时保持为0,大于额定值时增大使得输出功率稳定在额定值附近。最大功率点跟踪控制系统及桨距角控制系统都以发电机的输出功率大小作为控制方式的切换条件,无需复杂的切换规则。在Matlab/Simulink仿真平台上全风速范围内的风电机组的运行结果验证了所提出的控制策略的正确性与有效性。     

上游风力机倾斜尾流对下游风力机气动特性的影响

为了研究上游风力机倾斜尾流对下游风力机气动特性的影响,基于Open FOAM开源软件,使用大涡模拟和致动线相结合的数值方法。通过改变上游风力机偏航角,使其尾流发生倾斜,对2台风力机的总功率输出和下游风力机的气动特性进行研究。研究表明:随着上游风力机偏航角的增大,2台风力机的总功率先增大后减小。当偏航角为30°时,2台风力机总输出功率最大,相比上游风力机未偏航时总功率提高了23.6%;下游风力机风轮气动载荷的平均值增大,振幅先增大后减小,并且气动载荷的变化与风轮的3倍转频相关;风轮叶片不同截面处的轴向力和切向力先增大后保持不变,力的最大值对应的方位角区间在逐渐增大,最小值对应的方位角区间在逐渐减小。此结果可为探究提高风力机功率输出的方法和复杂入流条件下风力机气动特性的研究提供参考。     

变速风力发电机组的多变量桨距控制策略

针对大型双馈式变速变桨(variable speed variable pitch,VSVP)风力发电机组在额定风速以上如何保持输出电功率稳定和降低风轮转速波动的控制技术进行研究.在研究了传统变桨距控制策略的基础上,提出非线性转矩控制结合以独立变桨作为主体因素的多变量控制策略,并基于Bladed软件平台开发的外部控制器...     

基于神经网络风力发电机组载荷优化控制策略研究

为减轻大型风力机叶片在工作过程中受到的空气动力载荷均值,提出一种基于神经网络的风力机载荷优化控制策略。基于神经网络在线建立了风力机载荷数学模型;在功率控制的基础上,以减小载荷为目标,利用梯度法计算出控制量的修正量,从而实现功率与载荷综合优化控制的目的。将该控制策略应用于2 MW风机的非线性模型,用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真实验结果表明,对比传统PI控制器,该控制策略能有效降低风机叶片的空气动力载荷均值。