武钢[1]2003年在《主动失速型风力发电机功率优化和载荷控制策略研究》文中进行了进一步梳理本文针对1.3MW风力发电机组，推导了了空气动力学模型和传动系统模型，在此基础上在控制仿真软件SIMULINK环境下建立了风力发电机组控制模型，在给定风速下对风力发电机组的输出功率进行了仿真，并确定了PI控制器的比例系数和积分系数。随后用Bladed for Windows软件对决定风机整体性能的叁个系数指标进行了计算，确定出叶片桨距角的工作范围，根据前面性能计算的数据，可以确定出功率控制规律，在不同风速下调整相应的桨距角。发电机输出功率的变化带来载荷的波动，因此对输出功率要进行适当的控制。将功率作为系统控制的目标，将功率分成叁段进行控制，在低风速区，载荷是有限的，以功率最大化作为控制目标；在额定风速附近，由于处在升力曲线斜率的变化点，功率变化较大，应尽快调整桨距角进入失速区工作，减少载荷的波动，该额定风速区的上下工作点要通过现场试验的手段来确定；在额定风速以上，使功率维持在额定输出，减少功率波动，并通过BLADED软件的仿真计算对控制策略进行了验证。
张纯明[2]2011年在《大型风力发电机组独立变桨距控制策略研究》文中进行了进一步梳理随着世界风力发电技术的迅速发展,风电机组单机容量不断增大,风机变速变桨控制已经成为世界风电发展的主流。尤其是通过独立变桨控制来稳定发电机功率输出和减小机组动态载荷的控制策略更成为当前大型风电机组研发的关键。本文以国家科技部重大支撑专项“适应海、陆环境的双馈式变速恒频风电机组的研制”课题为依托,以3MW双馈变速恒频风力发电机组独立变桨距控制系统为研究对象,对独立变桨控制策略进行深入研究,进一步减小大型风电机组运行中的不平衡载荷,稳定发电机的功率输出。主要研究内容如下:首先,基于风机变桨控制理论和独立变桨控制模型,研究了基于叶根载荷坐标变换桨距角反馈线性化的独立变桨控制策略。在变速变桨距风机空气动力学和独立变桨运行原理基础上,深入分析了独立变桨控制的机构设置、风机风速特性和风机运行的动态载荷等问题,推导出独立变桨反馈线性化控制模型,设计出基于叶根载荷变换桨距角反馈线性化的独立变桨控制策略。该控制策略通过实时检测每个叶片的叶根载荷,以此来反映叶片和机组因风速变化引起的不平衡载荷,利用Coleman坐标变换理论将叶根载荷变换为桨距角反馈调节量,对风机桨叶进行单独控制。控制的主要目标是实时跟踪响应风速的变化,通过桨距角反馈调节,提高大型风电机组独立变桨系统的稳定性和快速性,减小由风切变、塔影效应和随机湍流等对机组造成的不平衡载荷。通过计算机仿真,结果表明:基于叶根载荷变换桨距角反馈线性化的独立变桨控制策略,能够快速响应风速的变化,实时调节风机桨叶,系统具有较强的稳定性和快速性,对减小风电机组的不平衡载荷效果明显。其次,研究设计了基于3MW风电机组线性参数变化(LPV)模型参考自适应的独立变桨系统整机控制策略。针对大型风电机组多输入、多输出的非线性耦合和独立变桨引起的附加控制载荷影响,应用线性参数变化LPV理论对风电机组风能转换系统多变量控制进行线性化,建立了风电机组独立变桨控制系统线性参数变化LPV模型。该模型以可测参数的缓慢变化来实时反应机组风能转换过程中的非线性,可以有效模拟风电机组的实际运行状况。以此,采用模型参考自适应控制理论设计出基于风电机组LPV模型参考自适应的独立变桨整机控制策略。通过对LPV模型参考自适应独立变桨控制和PI独立变桨控制计算机仿真比较,结果表明,采取LPV模型参考自适应控制的独立变桨系统输出转矩脉动相对平缓,幅值变化小,发电机输出功率稳定,传动系统的震动较小,输出效率较大,相对PI控制更具有优越性。最后,为了验证上述独立变桨控制的策略和仿真结果,设计了3MW双馈变速恒频风力发电机组独立变桨距半实物实验测试平台。通过对风电场和风机风况的实际模拟对独立变桨控制策略进行了试验研究。半实物实验平台中风电机组运行控制系统、电动变桨距执行机构、传感系统都是实物,而其它如风轮、塔架、发电机等都用GH公司的Bladed仿真软件来模拟,整个半实物实验台相当于一台独立变桨距风机。实验结果进一步验证了本文所研究的大型风电机组独立变桨控制策略的可行性和有效性。
吴智[3]2012年在《小型风力发电机主动偏航系统研制》文中研究表明小型风力发电机是指小于10KW的风力发电机。小型风力发电机在我国无电、缺电地区作为离网型电源被广泛应用。水平轴风力发电机偏航系统分为两种：被动偏航系统和主动偏航系统。被动偏航系统是一种机械式不可控的自由对风方式,偏航力矩小,对风频繁,对风不稳定且精度不高。主动偏航是一种电动或液动的可控对风方式,偏航控制器通过采集风信息来做出偏航决策,具有高度的灵活性和可控性,对风准确稳定。本文针对小型风力发电机,研制了一种主动偏航系统,研究主要从机械结构和控制系统两方面展开,主要研究内容如下：(1)分析研究了风能特性、标准风况、极端风况以及风况预测。针对小型风力发电机主动偏航系统,用Simulink/Matlab建立了风力机、风速和风向模型并仿真,探讨了风速和风向对风力发电机输出功率的影响。风机偏航实质是捕获最大风能。(2)从控制技术出发,分析了目前四种主要类型的风力发电机,重点分析研究了主动偏航系统和被动偏航两种偏航系统的工作原理、机械结构及其优缺点。设计了一种适用于小型风力发电的主动偏航机构,该机构简单可靠。设计中采用具有自锁功能的蜗轮蜗杆,省去了偏航制动装置,简化了偏航机构,降低了制造成本。(3)提出了新的偏航控制算法,设计了基于模糊控制的主动偏航控制系统。采用高频率测风、低频率控制的策略,在控制周期内计算主导风向,提高对风精度。通过综合偏航角度计算,将风力发电系统的多个变量转化为模糊控制器的双输入变量。模糊控制器解决了主动偏航系统非线性问题。(4)设计了基于AT89S52单片机的主动偏航控制系统硬件电路。主要包括数据采集电路、H桥偏航电机控制电路、人工偏航遥控电路和串行接口电路。本文研制了风向风速传感器,并搭建了主动偏航实验系统,编写了主动偏航程序,在LabView8.5软件平台上完成了系统性能测试。实验验证了研制的主动偏航系统及控制方法的有效性。
刘桦[4]2009年在《风电机组系统动力学模型及关键零部件优化研究》文中研究指明近十年来,我国风力发电产业快速发展,国产风力发电机组的尺寸和复杂度也不断的增加,对我国风力发电机组系统设计水平和制造能力提出了更高的要求。正确地建立大型风力发电机组的系统动力学模型并通过仿真分析风力发电机组的性能及运动规律是风力发电机组系统设计的一个重要内容,根据其仿真结果不但可以准确预测风力发电机组零部件所受载荷的时间历程,还可以应用于风力发电机组稳定性分析和控制设计,因此对其展开研究工作,对提高我国风力发电机组系统设计水平和制造能力,具有重要意义。在重庆市科技计划重点攻关项目“风电机组系统设计关键技术研究(项目编号:CSTC20073052)”的资助下,本文提出了“风力发电机组系统动力学模型和关键零部件优化研究”的研究课题。在综合国内外相关研究的基础上,建立了包括风力发电机组风场、风轮气动力和风力发电机组结构动力学模型的气弹耦合风力发电机组系统动力学模型。在风场建模中,分析了风轮旋转对叶片上湍流风速谱的影响;在风轮气动力分析中,对叶素动量理论原型进行了风轮推力修正、叶尖修正和偏航修正,并在Simulink中建立了通用的风轮气动力模型;在风力发电机组结构动力学建模中,采用假设模态法表示叶片和塔架的柔性,并结合Kane方程,分析并建立了风力发电机组多体动力学模型。根据所建立的风力发电机组系统动力学模型,进行了整机模态分析和关键零部件载荷的仿真,并根据仿真结果对风力发电机组关键零部件轮毂进行疲劳分析和几何结构拓扑优化及壁厚优化,设计得到的轮毂不但满足疲劳寿命条件,重量也得到减轻。论文完成的主要研究工作有:1)建立了适合风力发电机组系统动力学分析的风场模型。根据风力发电机组部件的运动规律,分析了固定部件和周期运动部件的风场的相同点和不同点。根据标准von Karman模型和旋转采样谱模型,建立了风力发电机组不同运动部件的脉动风速谱功率矩阵,并在此基础上,采用谐波迭加法模拟了不同部件的脉动风速时序数据。比较了仿真得到的模拟风速谱与目标风速谱,说明所采用方法的正确性。本文建立的风场模型较全面地描述了风力发电机组所处风场的特点,为整机系统动力学建模打下了基础。2)研究了叶素动量理论,在Matlab的Simulink模块中建立了考虑叶片损失、偏航误差和叶片方位角的气动力仿真模块,通过仿真分析了风力发电机组叶片的轴向和切向因子、风轮扭矩、风轮输出功率的变化规律。本文提出的气动力模型考虑了更多的修正因素,具有更高的精确性,同时气动力Simulink模块具有模块化的优点、易于扩展、便于和其它仿真模块组成风力发电机组整机仿真模型等优势。其仿真计算结果与Bladed结果比较,验证了所建修正模型的正确性。3)根据假设模态法,分析并建立了考虑叶片前两阶拍动模态、第一阶挥舞模态和塔架前两阶前后模态、前两阶侧向模态的风力发电机组结构动力学模型,其与风场、气动力模型一起,组成了风力发电机组整机气弹耦合系统动力学模型;相对于子系统动力学模型,可以更准确地描述了风力发电机组的整机动力学特性。根据系统动力学模型,对某600kW失速型风力机和某2MW变桨控制风力机进行仿真,获得了叶片、塔架和轮毂等部件的变形、速度及载荷。所得结果与Blade比较,说明所建模型的正确性。4)针对不同控制策略的风力发电机组,在系统稳定运动点处,对风力发电机组进行线性化分析,得到其一阶线性周期性状态方程,然后采用多叶片坐标转换(MBC)将线性状态方程中对应叶片旋转运动的自由度转换到塔架-机舱系统所处的固定参考系中,在固定参考系下对风力发电机组整机进行模态分析,并绘制了整机Coleman图,分析了考虑气动力和不考虑气动力两种情况下,风力发电机组系统频率与阻尼的变化规律。相对于子系统模态分析,更准确地反映了不同系统模态之间的相互影响。为风力发电机组整机稳定性分析和控制设计打下基础。5)根据系统动力学模型仿真得到的零部件受力,对风力发电机组关键零部件轮毂进行疲劳寿命分析,并以轮毂重量为优化目标,轮毂各部分壁厚为优化对象,建立了轮毂拓扑优化和壁厚优化模型。通过优化设计,得到了保证轮毂疲劳强度要求下的最优轮毂壁厚分布,将轮毂质量减小了29%。通过对风力发电机组轮毂的疲劳强度分析和优化设计,总结出了一套适用于风力发电机组关键零部件设计分析的方法,为我国风力发电机组的国产化打下了良好的基础。
贺周耀[5]2012年在《计及载荷的风力发电机组变桨距控制策略研究》文中研究指明随着风力发电技术的不断更新和发展，风电机组逐步向大型化，轻量化方向发展，如何在获得期望电能质量的同时，又能有效地降低风力发电机组所承受的载荷是当今风力发电机控制技术研究的重点之一。因为风力发电机组向大型化，轻量化发展的同时，增大了风机零部柔性，减小了风机的固有频率值，使本来就处于低阻尼的风力发电机系统更加容易激发谐振现象，这严重影响了风机的安全稳定运行。与此同时，风力发电机组在在运行过程中还承受了静态载荷和动态载荷，比如空气动力载荷，重力载荷，陀螺力等惯性载荷，使得风力发电机组所受的载荷更加复杂，特别是风力发电机组在变桨过程中，由于风轮重量的增加，致使转动惯性也增加，当发生变桨动作时，变桨距系统会给风机产生很大的机械应力，这些机械应力给风力发电机组带来了极大的损害，严重影响了风机的使用周期。因此，风机载荷的控制和优化是当今风力发电控制技术探索研究分析的重点和难点之一。本文以兆瓦级风力发电机组为研究对象，以减低风力发电机组载荷为目标，深入研究风力发电机组的变桨距控制策略，根据风电机组自身特点，在不增加风机成本的基础上，提出一种“协调”的控制方法；同时，为了验证控制策略的正确性和可行性，文中通过GH Bladed仿真软件建立了风机模型，对风机的各个运行工况进行了仿真，并对各工况风机载荷分布进行分析，验证了控制策略的有效性和可行性。本文的具体工作安排：根据风电机组控制研究的需要，通过GH Bladed建立了所需机组的仿真模型，并根据风机的特性对其运行效果进行了校核，验证了所建机组模型的可行性。针对风机塔架侧向振动和传动链扭振现象，文中在转矩控制器中分别引入塔架侧向振动加速度反馈和阻尼滤波器，此次增加附加转矩的方法来增加塔架和传动系统的有效阻尼，并对控制策略的正确性和设计方案的可行性进行了仿真实验验证。针对风机塔架前后振动现象，在变桨距控制器中引入塔架前后振动加速度反馈的控制方法，通过GH Bladed仿真建模验证了控制策略的正确性，塔架前后振动加速度反馈的引入有效地增大了风机塔架的有效阻尼，减小了风机塔架前后振动现象。为了既能有效控制功率，又能有效地降低风力发电机组的载荷，文中采用了基于功率与载荷协调的变桨距控制策略，在满足功率输出的情况下，尽可能的减少风机载荷，通过实验验证了协调控制策略的正确性，满足了控制需求。
杨鑫[6]2013年在《风力发电机组新型传动系统及变速变桨距控制策略优化》文中认为当环境能源成为如今人类生存发展所面临的紧要问题，风能因其无污染和可再生的特点得到了各国的普遍认可。风力发电机组正朝着大功率、高效率、高可靠性的方向发展，因此传动系统和控制系统的研究得到了广泛的关注。本文中新型传动系统是由行星轮系和液力变矩器构成的，对液力变矩器的输出转速进行控制，实现功率的分流，就能够实现风速的变速输入、恒速输出，解决了由于风载荷的随机性而引起的风力发电机电压变化的问题。变桨距控制系统可以实现风能的最大捕获、载荷的减小以及使用寿命的延长。风能的最大捕获和载荷的最小化是两个相互矛盾的要素，本文所研究的优化控制策略，在这两者之间达到平衡。本文研究的内容主要包括：①在分析了传动系统及不同类型液力变矩器的特点后，本文采用导叶可调式液力变矩器，以实现传动系统的高效率，变速输入、恒速输出的特点。为了深入研究新型传动系统，在行星齿轮传动理论的基础上，运用流体力学能头理论建立新型传动系统的非线性动态数学模型。并提出了一种新的功率分配计算方法，使功率分流模型不只局限于静态条件下，考虑了实际运行中的风速变化等问题，所建立的功率分流模型更加准确，这样才能使新型传动系统更加符合整体匹配的原则。②对风力发电机进行了空气动力学的研究，为风力发电机的桨距控制方法和策略优化奠定了理论基础。分析了风力发电机组常用控制策略，以此为基础，提出了一种综合性能的优化控制策略。该控制策略扩大了过渡区的范围，很好的解决了最大风能捕获和最小机械负荷之间的平衡问题。③基于PID控制理论、模糊控制理论和单神经元网络理论的优点，结合各控制系统实际运用过程当中的特点，设计了应用于风电机组新型传动系统的自适应模糊PID控制器，以及变速变桨距优化控制策略叁种不同风速下的控制器平滑过渡方案。对于优化控制策略过渡区，使用了自学习、自适应能力较强的单神经元模糊控制器进行控制。④应用MATLAB/SIMULINK建立了传动系统以及变桨距系统仿真的模型。仿真结果表明，自适应模糊控制器控制效果强于常规PID，变桨距控制系统的设计也获得了较好的控制效果。
董永军[7]2013年在《海岛中小型独立风电系统可靠运行技术研究》文中认为海岛风力发电作为解决海岛居民电力供应的有效途径之一，已越来越受到人们的关注。然而，相对恶劣的海洋环境对风力发电系统的安全性和可靠性提出了更高的要求，无论是结构设计方面还是控制技术方面。很多已用于海岛的风力发电系统只是简单移植内陆风力发电机组的技术，不可能从根本上解决风力发电的环境适应性问题。由于海岛盐雾、腐蚀、强台风、雷电等特殊海洋环境的影响，通常在海岛所立风力发电机组往往运行时间很短就出现无法彻底解决的各种故障。本文结合所依托课题“海岛及沿岸风力发电系统高可靠运行关键技术”，以中小型独立运行风电系统为研究对象，研究其运行控制系统和结构设计的可靠性。在分析风力发电系统结构和模型的基础上，针对变速风电机组的不同运行区域提出了基本的控制策略，尤其在额定风速以下的最优化控制和额定风速以上的限速保护和功率控制方面作了较深入的研究。结合独立运行风电机组的具体控制要求，设计了智能控制器，针对控制器的各主要部分作了详细的分析。在结构可靠性方面，针对适用于海岛风能开发的独立风电机组作了特殊设计。具体而言，本文主要研究了以下几个方面的内容：第一，介绍了课题的研究背景，阐述了课题的研究意义，总结了国内外中小型风电机组的发展与应用现状，讨论了独立运行风力发电系统结构设计和控制技术的研究现状，在此基础上介绍了本文的主要研究内容。第二，系统地分析了中小型水平轴定桨距独立风电系统的结构与组成，基于独立风电系统的典型结构特点，建立了完整的数学和仿真模型。通过对机组数学模型展开分析，研究了变速定桨距风电机组的功率特性和转矩特性以及风力机的实度和偏航角对风电机组运行特性的影响。通过对风力机与发电机之间的匹配性问题进行研究，指出风力机与发电机的匹配性对于风电机组的效率和运行可靠性具有很大的影响。基于上述研究，可以较全面和系统地了解中小型水平轴定桨距独立风电系统的结构和控制原理，为文章后续研究的开展奠定了理论基础。第叁，讨论了变速定桨距风电机组的基本控制结构，根据变速风电机组的不同运行状态将其工作区间分成叁个区间进行研究，提出了基本的控制原理，并针对不同区间的控制策略进行了分析。对实现变速风电机组最大功率跟踪控制的几种常用算法作了比较研究，将线性二次型高斯（LQG）最优控制策略引入中小型定桨距独立风电系统的运行控制，以使随机风引起的机组疲劳载荷和功率波动最小，实现中小型变速定桨距风电系统的多参数优化控制。采用Kalman滤波器进行风速估计，避免风速测量带来的成本与可靠性问题。为弥补LQG控制器设计中因稳定裕度较小所导致的控制性能不稳定等问题，本文在中小型变速独立风电系统LQG控制器中引入回路传输恢复（LTR）技术。仿真结果验证了基于有效风速估计的LQG/LTR控制方法在满足系统控制目标的同时，可以有效地提高系统在随机干扰下的鲁棒性能和稳定性。第四，针对中小型独立风电系统的限速保护展开了研究。分析了变速定桨距风电机组的失速控制特性，研究了实现中小型风电系统大风限速保护的偏转尾翼系统，在非惯性坐标系中建立了尾翼的动力学方程。结合中小型风电系统依靠尾翼自动对风的结构特点，将电传动控制技术引入中小型风电机组的偏转尾翼系统，提出了基于自动偏转尾翼的风力发电系统限速保护与功率调节控制策略。建立了实现尾翼自动偏转的电动直线执行机构的简化数学模型，在Matlab/Simulink环境中构建了基于自动偏转尾翼的风力发电系统仿真模型，结合相应的功率控制策略对系统进行了仿真研究，从理论上验证了基于自动偏转尾翼实现中小型独立风电机组大风限速保护和功率调节的可行性和有效性。第五，实际设计了中小型独立风电机组的智能控制器，在主控制电路、电力参数测量、功率主电路、数据采集与远程监控和偏航控制器方面作了全面的研究，采用ARM处理器作为系统主控制器，基于嵌入式Linux操作系统进行软件设计，充分利用ARM处理器的强扩展性以及Linux系统的高稳定性和良好的可移植性。结合独立风电机组具体控制目标，设计了相应的软件控制流程。第六，在海岛独立运行风电机组结构可靠性方面，设计了少见的适合低风速应用的四叶片风轮结构和迭片式高疲劳强度轮毂，叶片采用失速翼型。设计了低起动力矩和高过载能力的直驱永磁同步发电机，提高了发电机的效率和可靠性。针对海岛风电机组较脆弱的转向轴承设计了高强度非金属转向轴承。设计了轻量化高效率全动式电传动偏转尾翼结构，确保了极端环境下的风电机组避灾保护功能。将整个风电系统应用于实际的海岛环境，经过长期的运行状态监控，对采集的相关数据进行了统计和分析，测试了控制系统的性能，验证了该机组样机的可靠性。
王晓东[8]2011年在《大型双馈风电机组动态载荷控制策略研究》文中认为随着风力发电技术和产业的迅速发展,风电机组单机容量不断增大,叶片、传动系统和塔架等主要部件的柔性显着增加,机组运行过程中所受的动态载荷越来越复杂。通过控制策略减小风电机组动态载荷已成为风力发电领域的一个研究热点。本文以国家科技支撑计划重大专项“适应海、陆环境的双馈式变速恒频风电机组的研制”课题为依托,以3MW双馈变速恒频风电机组为对象,对动态载荷控制策略进行了深入的研究。目的是通过叶片桨距角和发电机转矩控制减小机组运行过程中所受的动态载荷,重点解决风电机组无法准确建模、强外部扰动给动态载荷控制带来的问题。主要研究工作归纳如下：基于对风电机组运行过程中所受动态载荷及其特性的研究分析,提出了一种双环结构风电机组动态载荷控制策略。为了在确保发电量的前提下,通过控制策略减小风电机组运行过程中的动态载荷,在发电机转矩控制和变桨距控制的基础上分别迭加了动态载荷控制环,以变桨距系统、变流器为作动器通过减小叶片受力不平衡和抑制振动减小风轮、塔架和传动系统的动态载荷。研究了以变桨距系统为作动器的风轮不平衡载荷和塔架顶部载荷主动控制方法。针对风速空间分布、风速变化及风轮流固耦合无法准确建模的问题,提出了基于泛模型的风轮动态载荷自适应控制策略。该方法不依赖于风轮的精准数学模型,且能较好的解决叁个叶片桨距角和风轮动态载荷的非线性耦合、载荷测量引起的时滞等问题。仿真结果表明,基于泛模型的风轮动态载荷自适应控制能明显减小风轮不平衡载荷、抑制风轮和塔架的耦合振动,减小塔架顶部载荷。研究了以变流器为作动器的传动系统扭转载荷主动控制方法。针对齿轮弹性形变、齿轮啮合误差、柔性联轴器弹性形变等不确定因素导致的参数动态变化问题,建立了考虑不确定因素作用的传动系统集中参数模型,并以此为基础提出了传动系统扭转载荷自抗扰控制策略。采用扩张状态观测器将传动系统内部不确定因素作用和外部扰动归结为总扰动进行动态估计,并在状态误差反馈中进行补偿,提高了控制器对系统内部不确定因素和外部干扰的鲁棒性。仿真结果表明,传动系统扭转载荷自抗扰控制策略能够明显抑制传动系统扭矩波动,减小扭转载荷。对动态载荷控制策略进行了试验验证。构建了3Mw风电机组控制系统半实物测试平台,通过模拟典型风电场风况对动态载荷控制策略进行了试验研究。试验结果进一步验证了本文所应用的控制算法和提出的动态载荷控制策略在减小风电机组动态载荷方面是可行且有效的。
张新房[9]2004年在《大型风力发电机组的智能控制研究》文中进行了进一步梳理能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。风力发电清洁无污染,施工周期短,投资灵活,占地少,具有较好的经济效益和社会效益。由于在目前技术条件下风电与火电、水电相比从造价、电能质量、设备制造和控制技术等领域存在劣势,使得我国风电领域的理论和应用研究与发达国家存在很大差距。国内对风电技术的研究十分薄弱,风力机的大型化、变桨距控制、变速恒频等先进风电技术还远未解决,致使我国大型风力机几乎全部为进口产品。因此,深入研究风力发电的各项技术对于持久开发风能和实现风力机国产化具有重要意义。风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学等多学科的综合性高技术系统工程。目前,风电领域的研究难点和热点集中在风机大型化、先进控制策略和优化技术等方面。由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点,风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统,因此,控制技术是机组安全高效运行的关键。本文针对风电机组控制的相关问题展开研究,主要内容归纳如下:(1)采用分析建模和实验数据验证相结合的方法建立大型风力发电机组的非线性数学模型,以描述整台风力机的动态行为。此模型对不同控制概念的风轮具有通用性,不但能描述机组的基本动力学特性,还适合于控制目的。模型的有效性通过现场测得的风力机数据验证,并且分析了模型失配的主要原因。此模型可以用于检验控制策略的有效性。(2)针对风速仪测量风速的不准确性,本文将大型变速变桨距风力机的有效风速估计看作一个标准的软测量问题,提出基于支持向量机的有效风速软测量。软测量技术的核心问题是建立软测量的数学模型,以实现辅助变量对主导变量的最优估计。文中推导了回归型支持向量机和最小二乘支持向量机的算法,给出基于支持向量机软测量建模的具体步骤。(3)首次提出基于支持向量机的非线性预测函数控制算法和双馈发电机的预测函数控制。利用基于线性核函数的支持向量机进行非线性系统辨识,建立预测模型。通过预测函数控制的机理推导出采用一个基函数(阶跃函数)和两个基函数(阶跃函数和斜坡函数)两种情况下的控制律解析表达式。该算法具有在线计算量少,跟踪性能好,抗干扰能力强的特点。针对双馈发电机快速响应对象的特点,综合考虑发电机对控制系统在设定值跟踪能力、抗扰动能力和鲁棒性等方面的设计要求,基于定子磁场定向矢量控制系统模型,结合动态线性化和反馈稳态解耦技术,提出了双馈发电机有功、无功功率的预测函数控制。(4)在分析风力机能量流动基础上,本文提出利用模糊逻辑系统得到低风速时风力机的参考转速,实现最大风能捕获。该方法不需要测量风速,避免了风速测量华北电力大学博士论文 ii的不精确性,不需要了解风力机的气动特性。(5)根据风力发电机组的运动方程,提出了风力机转速自适应最优模糊控制。算法综合考虑机组的机械特性和电气特性,系统辨识作为控制算法的一部分自动执行。在介绍自适应最优模糊控制原理的基础上,提出了一种自适应模糊逻辑系统的改进最近邻聚类学习算法,该算法在确定聚类时同时考虑输入输出信息的影响,并根据聚类样本数目的多少自适应调整衰减因子。改进算法克服了原算法中敏感参数多,不易调整的缺点。(6)提出支持向量机变桨距智能控制算法。功率系数是桨距角和叶尖速比的非线性函数,本文提出基于支持向量机的功率系数智能模型,该模型具有很好的功率系数拟合特性和较强的泛化能力,该方法对不同制造厂商的风轮具有较好的适应性和通用性。在功率系数智能模型基础上,提出变速变桨距风力机的智能控制方案。该方案包括两个协调工作的控制回路,低于额定风速时,采用自适应最优模糊控制调节发电机电磁转矩设定值,跟踪最优参考转速,实现最大风能捕获;高于额定风速时,采用支持向量机变桨距控制算法,控制机组的额定输出功率。仿真结果表明,风轮可以在变化的风速中获取最大能量并能有效改善控制器切换时引起的功率暂态响应,具有较好的实时性和鲁棒性。支持向量机首次引入风电控制领域,体现了很好的性能。关键词:风力发电机组,双馈发电机,变速恒频,变桨距控制,支持向量机,自适应模糊控制,预测函数控制
邓宁峰[10]2017年在《双馈型风力发电机组功率与载荷控制技术研究》文中研究指明随着常规能源的弊端显现,可再生能源越来越受到人类的重视,风力发电技术成熟、灵活性强,成为发展最快的可再生能源之一。风电机组单机容量大型化有利于提高风能转换效率,但是,由于风机塔身高度、风轮直径的增大,以及风机扫略面积的扩增,使得其所受的载荷也更加复杂、更大,这将直接影响到风机输出功率的平滑度以及运行寿命。深入研究风电机组变速变桨距控制技术,能够在提高风能利用效率的同时,减少机组本身所承受的载荷,延长风机使用寿命,减少运维成本,在工业应用中有好的前景。本文围绕双馈式风电机组在全风速运行区域下的变速变桨距控制技术展开研究,对风力机的空气动力学模型,以及最大风能追踪控制过程,还有双馈型风力机组的控制模型和独立变桨距控制系统进行了探索。为了抑制风电机组在恒功率运行状态下的功率波动以及阵风下叶片所受不平衡载荷,本文对双馈式风力机独立变桨距控制技术进行了重点研究。首先对风力发电机组的空气动力学理论及其载荷情况进行了分析,介绍了风力机载荷的来源及其计算,并对风机叶片在风剪切、塔影效应和湍流风速影响下所受载荷情况进行了仿真模拟分析,详细阐述了高风速下风机所受的不平衡载荷特点以及其对风机功率输出、风机寿命的影响。而后分析了风力发电机组功率控制原理和过程,对双馈型风力发电系统控制模型进行了研究。并在Matlab/Simulink中对2MW双馈型风力发电机组进行了建模与仿真,详细阐述了双馈型风力发电机组的最大风能追踪功率控制。最后研究了双馈式风力发电机组独立变桨距控制策略,建立了基于科尔曼坐标变换的独立变桨距控制方案,并提出了基于蚁群PID算法的独立变桨距控制策略。通过FAST与Matlab/Simulink联合仿真对所提出控制策略进行验证,仿真结果验证了该控制策略能够有效的抑制恒功率输出阶段的功率波动,以及湍流风导致的不平衡载荷。
参考文献：
[1]. 主动失速型风力发电机功率优化和载荷控制策略研究[D]. 武钢. 大连理工大学. 2003
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