兆瓦级风电机组变桨距机构分析

以国产化1MW风力发电机组为研究对象，利用叶素理论，对变桨距机构进行了分析并对驱动力进行了计算，为风力发电机组的部件选择及进一步分析计算提供参数，为国产化风机的设计提供一定的参考．     

风电机组独立变桨距控制策略研究

为了减小叶片不平衡载荷造成的风电机组疲劳,运用空气动力学原理对风轮扫掠面内风速受风切效应和塔影效应影响所产生的俯仰弯矩和偏航弯矩等附加载荷进行分析,提出了基于载荷反馈的风电机组独立变桨距控制策略。通过d-q坐标变换,将三相旋转坐标系转化为两相静止坐标系进行控制。通过Bladed半实物仿真平台验证该控制策略的合理性和可行性。     

基于PSCAD/EMTDC的双馈感应风电机组变桨距控制仿真分析

提出一种简化的风力机变桨距控制模型,通过发电机转速和风力机输出功率的反馈信号分别调节桨距角,控制发电机的转速恒定和风力机输出功率平稳.采用PSCAD/EMTDC仿真软件建立该变桨距控制模型,对整个风力发电系统（包括双馈电机和并网装置等）进行仿真,验证该风力机变桨距控制方法的可行性.     

风电机组变桨距系统神经网络模糊自适应控制

变桨距系统是风力发电机组研究的关键部分.针对其控制技术直接影响整个机组的性能和风能利用效率的状况,在风力机的空气动力学特性分析的基础上,应用神经网络模糊自适应控制,讨论了在低于额定风速时,如何控制风轮转速,从而获得最大的风能利用系数;在高于额定风速时,如何控制桨距角的变化,从而保持输出功率恒定的方法.仿真结果表明了该方法的有效性.     

直驱式永磁同步风电系统变桨距控制算法研究

以直驱式永磁同步风电系统为研究对象,在各部分数学模型的基础上,建立了整个风电系统的模型。基于此模型,考虑到风电机组非线性强、转动惯量大导致变桨距控制困难的问题,提出了基于模糊自适应PID和模糊前馈结合的变桨距控制算法并对该算法进行了仿真。仿真结果表明,当风速高于额定风速时,该控制算法能有效地控制风电机组的输出。最后在相同风速条件下比较了该控制算法与模糊控制算法、传统的PID控制算法的控制效果。比较结果表明,当风速高于额定风速时,虽然3种控制算法均能控制风电机组的输出,但是与模糊控制算法和传统的PID控制算法相比,本文提出的算法具有更好的稳定性和动态特性。     

基于BP神经网络的PID变桨距风电机组控制

针对变速变距型风力发电机组的液压驱动式变距执行机构，提出基于BP神经网络的PID变桨距控制方法，以解决变桨距机构的非线性、参数时变性、抗干扰、滞后性控制问题.分析了三种不同工况下的液压油路变化、数学模型和参数变化，阐述了BP神经网络的PID控制算法，并根据7.5 kW变速恒频试验机组液压变距机构设计数据进行仿真结果比较、分析.     

基于滑模控制算法的风电系统变速变桨距控制研究

为改善系统恒功率输出运行区域内的动态性能,基于趋近律方法设计了滑模多变量控制器,将发电机转矩加入风电系统与桨距角同时调节,不但能保证发电机功率和转速稳定在额定值附近,而且可以降低传动系统扭转力矩波动和桨距角活动频率,在提高风电电能质量的同时可以减少系统机械部分的压力.最后利用M atlab对高风速下系统多变量与单变量控制策略进行了仿真对比,突出多变量控制策略的优越性;并将提出的滑模控制与PI控制进行仿真对比分析,以验证本文控制算法的有效性.     

风电机组气动载荷控制策略

针对风电机组在风切效应影响下,较大尺寸的桨叶会加剧风轮所承受的不平衡气动载荷问题,提出了基于改进离散模糊控制的同步变桨距和基于桨叶方位角权系数分配的独立变桨距联合控制策略.通过主动变桨距控制来实现风电机组输出功率的稳定,同时降低风轮所承受的轴向气动载荷.仿真结果表明,此联合控制策略在风电机组的额定工作区间,不仅可以使风电机组的输出功率稳定在额定功率附近,而且还可以有效地抑制其轴向气动载荷,也直接证明了所提出的控制策略的有效性.     

基于Matlab的随动系统半实物仿真平台设计

设计了一种基于Matlab与DSP的随动系统仿真平台。系统利用Matlab对DSP端口进行访问,并对实时数据进行分析、处理和显示。软件部分采用Matlab进行程序编写,发挥了Matlab强大的数据处理功能,克服了VC与Matlab混合编程工作量大,结构复杂的缺点,又弥补了单独用VC编程处理数据能力弱的不足,较好的实现了对随动系统的半实物仿真和校验。     

变桨距风力发电系统的滑模变结构控制

讨论了变桨距风力发电系统在高风速时桨距控制问题。针对风力机系统的非线性,参数变化等特性,根据风力机机理,基于一定假设得到风力机在某一工况点线性模型,进而提出滑模变结构控制方案,充分利用变结构控制对被控对象的模型误差、对象参数的变化以及外部干扰有极佳的不敏感性的优点。对系统仿真时再加入系统的不确定性,仿真结果表明所提出控制方案的有效性,系统具有很好鲁棒性。     

风电机组传动链地面测试系统载荷模拟技术

提出风电机组传动链地面测试系统载荷模拟技术. 论述风电机组地面传动链测试系统,对拖动实验下叶轮的转动惯量进行计算,分析总结3种主要的非扭矩五自由度加载结构方案：对称加载方案、径向偏心加载方案与并联六液压缸加载方案,论述方案的加载原理,并构建3种方案的载荷求解方程. 为了进一步模拟风电机组六自由度的载荷,根据对称加载方案原理设计搭建100 kW风电机组传动链测试系统加载实验台,实验对非扭矩五自由度载荷进行了精确复现,验证了非扭矩五自由度加载技术的可行性与合理性,再结合对风力转矩载荷的模拟技术,实现了对风电机组六自由度载荷的完整模拟.     

基于风电机组LPV模型参考自适应独立变桨控制

为了减少大型风电机组多输入、多输出的非线性耦合影响和独立变桨带来的附加控制载荷,根据线性参数变化理论（LPV）对风电机组风能转换系统进行局部线性化,建立统一化的风电机组独立变桨线性参数变化LPV模型.利用模型参考自适应控制理论（MRAC）,以线性化后的LPV控制系统为被控对象建立参考模型,设计出高性能的独立变桨距自适应控制系统.采取波波夫（Popov）超稳定性分析法给出风电机组LPV模型参考自适应控制律,并对所设计的LPV模型参考自适应独立变桨距系统进行计算机仿真实验.实验结果表明,所设计的基于LPV模型参考自适应系统能够适应机组参数在较大范围内的变化,能够实现风电机组独立变桨系统的整机控制,具有良好的稳定性和快速性.     

电液比例变桨距风力机节距角变化率研究

为了提高变桨距控制的功率稳定性和减小机组的振动,在空气动力学研究的基础上,设计合理的风力机变桨距桨叶节距角变化率.建立了真实的电液比例变桨距执行机构,并与风力机设计软件BLADED相联组建成数字式半物理试验台.在此试验台上,通过改变泵的输出流量产生一系列的节距角变化率进行变桨距控制试验.试验结果表明,当节距角变化率为8°/s～10°/s时,不仅能够满足功率控制的要求,而且桨叶塔架的振动幅值不大.     

基于ABB变频器的风电机组独立变距控制方案

为了在兆瓦级风力发电机组中实现独立变距,采用了ABB变频器对风电机组中电动变桨距系统进行控制.从电动变桨距系统的基本构成入手,分析了基于ABB变频器的电动变桨距原理,搭建了电动变桨距的数学模型,提出了基于异步电动机的由ABB变频器来实现的变桨距PID控制方法.结果表明,ABB变频器可以精确、高性能地控制异步电动机的转速和转矩,通过PID调节实现了精确的桨叶位置控制.     

风电机组变桨鲁棒控制

针对风电机组输出转速稳定控制问题,提出了一种基于定量反馈理论的桨距角鲁棒控制策略.由于在随机变化风速作用下,非线性的风机模型中部分参数是变化的,提出了基于线性系统稳定性图形作为判据的定量反馈的变桨鲁棒控制器设计方法,以减弱风机模型不确定因素对输出转速的影响.结果表明,所提出的控制器对高风速区扰动风速作用下系统的输出稳定性能具有较好控制效果,并且对风电机组能量传动模型中参数不确定性具有较强的鲁棒性.     

Effect of blade pitch angle on aerodynamic performance of straight-bladed vertical axis wind turbine

Wind energy is one of the most promising renewable energy sources, straight-bladed vertical axis wind turbine（S-VAWT） appears to be particularly promising for the shortage of fossil fuel reserves owing to its distinct advantages, but suffers from poor self-starting and low power coefficient. Variable-pitch method was recognized as an attractive solution to performance improvement, thus majority efforts had been devoted into blade pitch angle effect on aerodynamic performance. Taken into account the local flow field of S-VAWT, mathematical model was built to analyze the relationship between power outputs and pitch angle. Numerical simulations on static and dynamic performances of blade were carried out and optimized pitch angle along the rotor were presented. Comparative analyses of fixed pitch and variable-pitch S-VAWT were conducted, and a considerable improvement of the performance was obtained by the optimized blade pitch angle, in particular, a relative increase of the power coefficient by more than 19.3%. It is further demonstrated that the self-starting is greatly improved with the optimized blade pitch angle.     

基于遗传算法的竖轴变攻角潮流能水轮机性能优化研究

为了提高竖轴变攻角潮流能水轮机能量利用率,建立了该类水轮机在不同工况下的数学优化模型,以直叶片摆线式水轮机为原型应用遗传算法结合计算水轮机水动力的流管模型进行优化求解,给出了优化后叶轮能量利用率系数、叶片攻角和偏角随位置角的变化规律,并据此分析了该类轮机流体动力性能改变的规律及其原因。计算结果表明遗传算法是解决这类问题的有效方法.