基于建模的风电主控系统开发模式研究论文_　杨南

摘要：风能目前是人类最成熟的可再生能源技术，具有丰富的可再生和多样化资源，开发基于模型的控制系统已经成为一种趋势，可以通过设计快速原型和产生自动代码来实现。通过将代码下载到实物PC，可以进行实物循环测试。开发风力调节系统可以大大降低风险，提高发展效率，从而为开发高性能、高质量风力调节系统奠定坚实的基础。

关键词：风电；主控系统；开发

作为一个主要能源消费者和风力发电库，我国致力于风力发电领域的研究和开发。风力发电商业化模式已开始在我国发挥作用，引进了外国技术和设备。风力涡轮机的电阻和升力使我们能够获得涡轮机的空气流通，将风能转化为机械能量，然后用一种电力发电。涡轮发生器通过适当的变速箱连接到主轴，迄今为止，风轮机被分为两大类：水平轴和垂直轴。

一、概述

风电控制系统主要是基于计算机实时控制技术的局部控制、远程控制和数据传输系统。根据其特性自动检测故障，并根据情况采取适当措施：主要功能：跟踪最佳功率曲线低于额定风速；保持超过额定风速的恒定输出功率；与一般工业控制程序不同的是，风力涡轮机控制系统是一个综合控制系统，不仅需要监测电力网、风力涡轮机的条件和操作参数，而且还需要确保安全和运行过程的可靠性通过控制单元产生并行和分离的电力。目前，许多国家机械制造商已开始根据国外技术采购开发自主风力发电控制系统。风力涡轮机控制器在非常困难的环境下运作，远离城市的风力涡轮机发电厂，如果不这样做，将大大增加维修费用，特别是对风力发电的需求。为了有效利用设计控制系统，需要在发电机投入运行之前进行大量现场试验。

二、基于建模的风电控制系统设计

为了解决与控制系统设计相关的风险和成本问题，V型开发过程被广泛应用于许多行业，并被证明是成功的。设计仿真、快速原型和循环测试是统一规划的，被广泛证明是控制器设计和仿真的一个非常有效的平台。

1、开发流程。 V-model是一个基于模型的优化和改进模型，它允许软件开发和测试几乎同时进行，并行动态过程大大降低了bug和error出现的可能性。V-model并行是一个中心，这意味着同步过程包括三个层次结构:生存周期模型、分配模型、功能工具模型、项目管理模块(PM)、系统开发模块(SD)、质量保证单元(QA)、配置管理模块(CM)。

2、建模与仿真。风用系统工程,气象学,流体力学,MATLAB/SIMULINK电力电子材料工程学科和专业上要许多组件可能会厌倦数学模型,基于数学建模,同时设计系统的人都是工程应用目标和基础理论,在这个技术,MATLAB / SIMULINK工具,MATLAB至关重要。设计架构系统建模和分析;SIMULINK模拟允许系统的每个物理组件作为一个模拟器，并创建控制器，测试每个输入和反馈到系统影响因素的最佳参数。2008年以来，begle与matherworks建立了密切的合作，将MATLAB/SIMULINK接口整合到AutomationStudio中。如图所示，

建模模拟分析和机械设备的自动编码将大大减少工程师的编程时间，降低现场安装成本。模型部件和实际物理连接一样方便是一个理想的传导路径，通过该路径可以描述系统的物理结构，而不必推断和实施系统的方程式。模拟器可自动构造描述系统运行的差分代数方程，该差代数方程可与其它方程集成，以及GTO模型、IGBT电气和电子单元、电压测量、电流测量、控制和测量单元的阻抗测量RMS测量，零功率和功率计算，ABC-TODQ0和DQ0转换到ABC，RPL发生器、三相单元的同步或异步发生器、电动机的分析和测量工具可作为模块开发，并可制作机械设备的模型。模拟分析模型和自动生成代码将大大缩短编程调节时间，并减少实地测试所需的时间。系统连接是一种理想的传输模式，用于描述系统的物理结构而不需要提取和执行所使用的方程式。方程式.分割、同步和功率电子设备GTO、压力控制和测量IGBT模型、电阻测量RMS的有源和非电功率计算、ABC-TODQ0-DQ0段BBC、RPL或三相负载异步发生器电动机负载测试工具及其测量装置组件,SIMULINK模型并通过SIMULINK来连接如图所示。

3、自动源代码生成。主风力涡轮机调节中使用的温度控制源代码可以在单一气候下自动生成，该单一气候通过Matlab风力涡轮机控制系统的一个成功模型。-TS/（+TS+1）在此基础上，例如Similink模型。AS中自动代码生成功能的执行将Similink模型首先分为两个控制和模型部分，并用B&AMP工具箱组件代替输入输出和中间变量；R.这也是一个循环路径和相应的加法，必须在多个步骤中完成，以产生C代码和产生密钥的状态，并确定在完成密钥生成任务之后是否发现了外环代码中的轨道和配置周期长度。

4、电力系统缓慢同步

电力系统慢同调是以二阶微分方程线性化模型：

基于第一阶微分方程线性模型的缓慢同步理论是缓慢适应理论的关系结论，同时也适用于第二阶微分方程线性化模型。传统发生器的慢同步分组算法可以分成两个阶段，一个是主模式选择阶段，另一个是基于主模式发生器集合阶段。作为缓慢同步子组的主要参考模式，系统的五个特性对应于一个模式。该模式的振荡频率为：。因此选取最慢模式组就是选取特征值绝对值最小的一组模式。将A的全部特征值按照绝对值从小到大的顺序进行排序。设r为选取的主导模式个数，r可以人工设定，对于双时间尺度特性显著的系统也可以采用最大差异法计算得到：

至此完成了主导模式的选取，给出了发电机慢同调的定义，该定义指的是严格慢同调。然而，在实际系统中，严格慢同调是不常见的，近似慢同调才更为实用。在最慢模式组的模态中，两台发电机对应的元素越相近，这两台发电机越近似于慢同调。因此，划分同调机群的界限并不是固定的，而是与近似同调要求的同调程度有关。一般情况下，对同调程度的要求越高，分群后得到的同调机群内的发电机个数越少，相应的发电机分群数就越多。

5、效果

在风力发电试验中，直接测试的实际成本非常高，例如，风力发电模型，在这种情况下，不存在某些极端的风条件，便于使用，以避免使用昂贵机械和测试条件的不确定性。建模技术将使风能控制系统的效率大大降低到每秒钟10米。风扇尚未达到额定速度，即电力的10%。由于难以进行模拟测试和模拟，最大的贡献是降低测试成本和风险，因为风能在开发过程中进行了大量测试，但风险很大，成本高，预定模拟参数以检查产品是否有效，并且在设计减少测试次数的系统时可以检测出成本和风险。

结语：

通过风力涡轮机模型和模型设计，可以轻易地降低风力涡轮机和关键状态的安全成本。建立其他监控系统、机械设备的制造和相关参考资料，事实上对于具有两个重要时间尺度特性的电力系统，代表社区间振荡的缓慢模式可以通过最大差别方法得到，并且可以用作S分组的主要模式，最优子组的数目等于主导模式的数目，获得的子组结果也优化。就一般系统而言，发电机相对含糊不清，选择最优次数是一个值得深入研究的问题。

参考文献：

[1] 齐蓉, 肖维荣. 可编程控制器技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2019.

[2] 于群, 曹娜等. MATLAB/SIMULINK电力系统建模与仿真[M]. 上海:机械 工业出版社, 2017.

[3] 叶航冶. 风力发电机组的控制技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2018.

论文作者:　杨南

论文发表刊物:《科学与技术》2020年第1期

论文发表时间:2020/4/29

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