风浪扰动下海上风电机组塔架载荷与输出功率的协同优化控制

风浪扰动导致海上风电机组响应特性复杂,控制器需要综合处理多种外源扰动。此外,气动力造成风轮旋转与塔架运动的耦合作用,增加了变桨控制器设计的难度。首先,通过动力学分析建立合适的海上风电机组低阶数学模型。然后针对风浪扰动,提出了随机干扰调节控制器(SDAC)。最后协同输出功率控制与塔架载荷控制,设计含线性二次型调节器的变桨控制器。基于GH Bladed软件的仿真结果表明,相较于传统控制器,SDAC能够优化机组输出功率波动,降低塔架载荷,实现塔架载荷与输出功率的协同优化。     

并网型风电机组模拟控制策略

为研究并网型风电机组输出特性,便于在实验室内深入研究风电机组,提出风电机组新型模拟控制策略,实现电动机模拟风力机驱动风力发电机。研究了变桨控制器和转矩控制器在起动过程中对转速的耦合控制,并提出变增益PI控制算法实现对转速的优先控制。通过分析电网电压故障下永磁风力发电机运行情况,完善了模拟控制策略,并进行仿真验证。针对双馈风力发电机研制了由控制系统、执行机构和监控系统组成的试验平台,成功模拟了风电机组输出特性,实现双馈风力发电机并网发电。通过试验验证了风电机组模拟控制策略的正确性和可靠性,可满足风电机组试验的条件。     

对变桨距及定桨距风轮气动性能与功率控制方式特点的分析

本文通过对变桨距及定桨距风轮气动性能与功率控制方式特点的分析与研究，可结合风电场的实际情况，及时分析和合理应用，寻找风力机在安装运行中的问题，扬长避短，能够有效的提高风机的发电量。     

基于欧姆龙PLC的风电机组变桨距系统

本文针对国外某知名风电公司液压变桨距风力机,采用可编程控制器（PLC）作为风力发电机的变桨距控制器。这种变桨控制器具有控制方式灵活,编程简单,抗干扰能力强等特点。本文介绍了液压变桨距系统的工作原理,设计了变桨控制器的软件系统。最后在国外某知名风电公司风力发电机组上做了实验,验证了将该变桨距控制器可以在变桨距风力机上安全、稳定运行的。     

风电机组变增益组合控制技术研究

以捕获最大风力发电机组功率为目的,提出了变增益分段组合控制策略。该控制策略通过分析变速恒频风电机组主要采用的两种变速变距控制方法,根据功率-转速曲线,提出了变增益式分段组合控制策略,将变速恒频风电机组发电运行分成3个区域:低于切入风速,高于切入风速低于额定风速和高于额定风速,针对每个区域分别采用不同的变增益组合控制方法和实现方式;并通过Bladed软件仿真验证了组合控制策略的可行性,在不同运行区域控制结果能够满足控制策略的要求。     

基于模型预测控制的风电机组独立变桨距控制技术的研究

随着双馈风电机组向大容量、高性能的目标发展,研制出稳定可靠、优化运行的双馈风电机组控制系统,是当前风电机组控制应用领域研究的热点。在双馈风电机组的功率恒定输出和减小机组载荷之间取得协调,达到整体性能的优化是控制研究的重点。针对双馈风电机组减小动态载荷、实现高效稳定控制提出一种模型预测控制策略(Model Predictive Control,MPC),以减小机组风轮不平衡载荷。以3 MW风电机组为对象,基于FAST软件对该控制策略和传统PI控制策略进行仿真比较。结果表明,这种新控制策略可以有效稳定风电机组输出功率和降低机组载荷。     

电网约束下变速风电机组的限负荷控制策略

为适应目前电网限制风电场上网发电量的要求,风电机组需要具备全程风速范围内的功率限发调节能力。对变速风力发电机的限负荷控制策略进行了研究,建立了风电机组功率对象的数学模型,分析了可实现机组功率调节的桨距角控制模式和转矩控制模式,并建立了仿真模型,针对多种典型工况进行详细的仿真对比。结果表明,转矩控制模式下风电机组调节过程具有更好的动态特性,更适合于实现电网限发条件下的变速风电机组功率控制。     

兆瓦级变速恒频风电机组转矩PI控制策略

通过分析风力机的空气动力学特性,对大型的变速恒频风力发电机组进行了建模分析。对于额定风速以下,设计了有效的分阶段转矩控制策略。该策略将转矩控制区域分为3个区域:最小转速运行区、最佳叶尖速比区、额定转速运行区。对最小转速运行区和额定转速运行区设计了转矩比例积分(PI)控制器,以某2MW风力发电机组为例,验证了设计的转矩控制器具有良好的稳定性和动态性能。     

大转动惯量风电机组变桨控制技术研究

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程实用价值。     

直流串并联海上风电机组控制策略

以VSC-HVDC技术为基础,提出了海上风电场直流并串联拓扑结构。此结构可以采用简化结构的永磁直驱风机,具有直流升压的优势,减少了变压站和换流站所需的海上平台建设,也减少了变压和换流过程中的损耗,降低了系统复杂度,减少了建设成本,有利于系统维护。同时此结构在一定程度上解决了风机串联结构和并串联结构中故障所造成的系统波动和支路环流的问题。提出了针对直流串并联结构的协调控制策略。最后通过软件仿真验证该结构的稳定性和控制策略的有效性。     

变速变桨风力发电机组塔架的侧向振动控制

针对结构阻尼很小的大型兆瓦级变速变桨(Variable Speed and Variable Pitch,VSVP)风力发电机组如何抑制塔架的侧向振动问题进行研究,提出在控制器的设计中,借助反馈增益并使用塔顶振动加速度测量值来确定附加的电机转矩设定点,并在反馈控制回路中使用椭圆带通滤波器和切比雪夫低通滤波器,进而改善塔架侧向振动阻尼。以某5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对该控制策略进行仿真验证。结果表明:所提出的控制策略能够有效降低塔架的侧向振动位移,且对叶轮转速和电机扭矩没有太大影响。     

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。     

电气控制在风电中的典型应用

综述了电气控制在风力发电机组的应用。介绍风力发电的基本原理,在桨叶倾角控制方面,对液压变桨距系统和电动变桨距系统作了对比分析。同时介绍了模糊控制和神经网络控制的特点与应用,通过对比各种风力发电技术和各种控制方法优缺点,归纳出未来风力发电技术的发展趋势。     

蚁群算法在风电机组变桨控制中的应用

运行在额定风速以上区间时,变速变桨风力发电机组采用恒功率变桨控制方式,由于额定风速至切出风速之间的风速变化范围大且迅速,使得功率波动较大且频繁,传统PID变桨控制器难以达到很好的控制效果。本文提出的蚁群PID变桨控制器,利用蚁群算法的寻优特性来优化PID参数,使得恒功率变桨控制系统更具自适应性和鲁棒性。分析了风机的恒功率变桨控制,然后给出了蚁群算法优化PID参数的策略以及具体实现步骤。仿真与实验结果验证了蚁群PID变桨控制器的良好动态性能,其有效地减缓了额定风速以上风机的功率波动。     

大型风电机组的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略

提出一种用于降低风轮不平衡载荷的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略,该控制器由比例-积分控制器和谐振控制器两部分组成,其中比例-积分控制器用于抑制不平衡载荷的1p(风轮旋转频率的倍数)分量,谐振控制器则用于抑制不平衡载荷的高频分量(2p、4p)。采用FAST软件对所提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明所提出的控制策略可以在传统比例-积分控制的基础上,进一步降低风轮所承受的高频不平衡载荷。     

筒型基础风机结构振动特性及减振研究北大核心CSCD

筒型基础在我国海上风电工程中已推广应用,探究其在实际工程中的表现,是保证风机安全的关键。本文针对筒型基础风机结构的振动位移进行原型监测,并以单桩基础风机作为对照。首先基于风机实测自振频率,采用遗传算法拟合基础刚度,然后统计并对比两种基础风机的振动水平。结果表明:两种基础的水平刚度相差7%,筒型基础的旋转刚度是单桩的10倍;风速小于6 m/s时,筒型基础风机位移大,大于6 m/s时,单桩基础位移大;3P共振导致小风速下筒型基础位移较大,通过优化运行策略,减小振动位移最大达54.4%。筒型基础在抗倾稳定性和振动响应控制方面具有优势。     

基于改进转子转速和桨距角协调控制的变速风电机组一次调频策略

风电机组参与一次调频缓解了传统同步机组的调频压力,但其调频性能受功率跟踪方法的影响,不利于系统频率稳定。为此提出了基于改进转子转速和桨距角协调控制的一次调频策略,在全风速范围内预留调频所需功率裕度,在系统频率波动时能够提供快速且持久的有功支撑,实现对风电机组静调差系数的整定。对比分析不同减载控制策略下机组疲劳载荷和损伤等效载荷,结果表明所提策略可有效降低机组的疲劳载荷,延长使用寿命。最后,通过仿真验证了所提一次调频策略的有效性,频率改善效果优于传统一次调频控制,提高了风电场参与系统频率调节服务的一致性和可预测性。