大型风力发电机转矩LQR控制及载荷优化

传统的风力发电机的控制方法在高于额定风速时,采用变桨距限制风轮转速,同时采用恒定的转矩控制电机转矩。恒定的电机转矩导致风力发电机传动链扭转阻尼比很小,使传动链扭矩大幅度的波动,甚至引起风力机结构的共振。针对该问题,建立了传动链基于状态空间的线性化模型,采用LQR(Linear Quadratic Regulator)方法设计风力发电机的转矩控制器,将传动链一阶扭转模态对应的闭环极点向虚平面的左侧移动,实现对传动链进行动态加阻。采用FAST的计算模块获得了风力发电机传动链的线性化状态空间模型,采用Matlab7.1/Simulink进行控制器设计并与FAST进行联合仿真。结果表明提出的控制方法有效地提高了传动链的阻尼,降低了风力发电机组关键零部件的载荷。

风力发电系统独立变桨距载荷优化控制研究

对风力发电系统独立变桨距控制原理进行阐述。建立了风力发电机组桨叶载荷的数学模型,利用Coleman坐标变换实现了将桨叶上的载荷转换成轮毂处倾斜方向和偏航方向的疲劳载荷,并且实现了二者的解耦,简化了控制器的设计;之后利用Coleman逆变换实现了桨距角的微调。该控制系统根据随机风速的变化,利用独立变桨控制对风力机桨叶桨距角进行实时调节,以达到减小风电机组关键部件载荷的目的。仿真结果表明,当风速达到额定值以上时,该控制策略在统一变桨距控制的基础上,不仅保证输出功率近似相等,而且减小了桨叶所承受的疲劳载荷,也减小了风力机组其他关键部件的疲劳载荷。

电网对称故障下双馈风电机组的载荷优化控制

电网电压骤降引起发电机电磁转矩的暂态波动,这会引起传动链上显著的暂态冲击,降低了传动系统特别是齿轮箱的使用寿命。文中通过FAST和MATLAB/Simulink联合仿真,建立了5MW双馈风电机组机械和电气暂态模型,分析了电网对称故障对传动链扭转载荷的影响。提出了一种基于线性二次型调节器(LQR)的转矩阻尼控制器,来降低故障恢复期间的载荷。仿真结果表明,提出的方法有效地抑制了传动链的扭振。

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。

两点激励多点响应控制的载荷优化方法研究

以随机振动试验中两点激励三点响应控制为例,开展利用少量振动台对多个节点进行响应控制的理论分析和数值仿真研究。推导了目标响应谱与载荷谱之间的传递关系,分析了影响多点响应的载荷参数,提出了以控制响应谱与目标响应谱之间的误差最小为优化准则,采用遗传算法进行载荷优化的数值求解方法。以梁结构为例的两点激励三点响应数值仿真结果表明了所提出的载荷优化数值求解方法的有效性,并对控制载荷的存在性进行了讨论,指出进一步的研究需要采用结合边界条件的动力学优化设计展开。

基于结构变形约束的水陆两栖飞机水载荷静力试验载荷优化配平技术

水陆两栖飞机水载荷静力试验主要考核该型机在水面着水工况时的结构强度,包括浮筒着水、船首着水和船尾着水等典型着水工况,由于水陆两栖飞机结构的独特性和载荷的复杂性,即浮筒、船首及船尾类似于悬臂梁结构,且所受水载荷为三维集中压向大载荷,造成考核区域的变形远远大于陆地飞机,该大变形对考核部位垂直方向加载误差高达10%以上,针对此问题,提出了基于结构变形约束的载荷优化配平技术,选取挠度为优化目标,建立平衡载荷计算模型,引入全机总力、总矩平衡方程组,通过对非考核部位的试验配平载荷进行优化,限制了水载荷考核区域的刚体位移,并通过有限元分析和试验方法验证了该载荷优化配平技术的可行性,试验结果表明:采用该载荷优化配平技术能够将垂直方向加载误差控制在1%以内。

重型机械传动系统动态载荷优化研究

采用ADAMS建立了某重型机械传动系统整车结构的动力学模型。针对满载和空载工况下装载机结构系统进行了动态载荷计算,采用多岛遗传算法优化了桥壳载荷分配率。分析了不同车速和工作装置的不同提升高度对车辆动态性能的影响。结果发现,在在不平坦的路面上快速行驶时,对车辆造成的振动较大。通过试验分析了不同作业过程下桥壳所受载荷的动态变化规律和大小,试验数据为装载机的多体动力学分析提供了数据参考。

基于数据驱动的风力发电机组独立变桨距载荷优化控制

针对风力发电系统不确定性、强非线性、建模难度大等给控制器设计带来困难的问题,将数据驱动与最优控制相结合以实现风力发电系统的载荷优化控制;根据风力发电系统的输入输出数据,获取马尔科夫参数,从而构建基于数据驱动的状态观测器,最终得到系统的最优反馈控制器。结果表明:该控制器的设计仅利用采样得到的输入输出数据,即可解决存在不确定性系统模型的控制问题;所设计的控制策略明显减小了风力发电系统的疲劳载荷,保证了系统的稳定性和动态性能。

全机结构疲劳试验载荷优化技术模拟研究

在全机疲劳试验中,需要将模拟飞机数倍寿命内不同起落不同飞行状态的试验设计载荷转化为用一套加载设备连续施加的试验载荷。就此问题建立了试验载荷优化处理的数学模型,模型为多任务目标的非线性规划优化模型,优化模型的目标函数综合考虑了弯矩、剪力和扭矩误差,并引入加权系数,以期针对不同部件调节弯、剪、扭误差所占比重。模型用MAT-LAB的Fmincon函数求解。该方法简化了全机疲劳试验载荷优化处理,并已成功应用于某型飞机全机疲劳试验中。

基于载荷优化的漂浮式海上风力发电机组变桨距控制研究

首先建立漂浮式平台流体动力学模型,重点提出一种变桨距控制的改进方案,针对复杂载荷环境导致的海上风力机系统建模不精确,利用基于先进记忆的控制策略进行桨距角补偿,有效减少了不对称气动载荷和平台运动。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台以NREL-5 MW漂浮式海上风电机组为仿真模型验证改进控制器的有效性。分析和仿真结果表明,相比传统的独立变桨控制,改进的控制器在减少疲劳载荷和平台振荡有更好的性能,提高了系统的稳定性和可靠性。

漂浮式风电机组的载荷优化控制及其先进监测技术研究

针对大型漂浮式海上风力发电机组运行过程中叶根处存在有较大的载荷和平台摇动等问题,根据现有的漂浮式平台模型、独立变桨控制算法和控制策略,在输出功率稳定的情况下,在PI协同变桨的控制基础加上,采用叶根处的载荷控制信号和平台摇动角度的控制信号的方法来实现风力发电机组的优化控制。为验证控制器的可行性,通过美国可再生能源实验室的FAST和MCrunch软件进行仿真,将结果与统一变桨的结果进行对比后,采用先进监测与控制方法有效性,可为今后开展样机控制器的测试提供一种思路。

基于载荷优化的风电机组变桨控制技术研究

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,以优化机组的疲劳载荷。将独立变桨控制过程解耦为协同变桨控制过程和偏差变桨控制过程,并分别进行协同变桨控制和偏差变桨控制的理论研究;偏差变桨控制系统是一个多输入多输出线性系统,通过Park坐标变换和逆变换技术,将偏差变桨控制系统解耦为两个单输入单输出线性系统,实现采用经典控制理论设计相关控制器,极大提高独立变桨控制技术的工程实用性。采用GH bladed软件,对一台1.5 MW机组的仿真研究结果表明:采用独立变桨控制不仅可以实现传统协同变桨控制的功能,而且还能有效减小风电机组各关键部件的疲劳载荷。

载荷优化的风电机组变桨控制技术研究

我国经过近年飞速的发展,风力发电的技术已经变得越来越成熟,以我国国产的风力发电机组作为研究的基础,分析我国在载荷优化的风电机组变桨控制技术的现状发展,通过优化机组的方法来缓解风电机组载荷的疲劳程度。目前我国所用的大型风电机组一般是采用独立驱动的协同变桨控制技术,通过调节各叶片的最佳节距角,可以保证风力发电机的输出功率保持在稳定的状态。这两个独立变桨控制过程都有着自身的优点,但是有一点是毋庸置疑的,大型风力发电机组更加适合使用独立变桨控制系统,不仅能够发挥出比传统方式更加强大的作用,还能优化风电机组的载荷,降低风电机组的疲劳损害程度。

分散式风电机组复杂风况下阵风控制及载荷优化设计

讨论了分散式风电机组在大湍流强阵风复杂工况下的稳定性问题和阵风检测方式,分析了风电机组的气动特性和传动链模型。针对风电机组在阵风时的过速、过功率、振动过大问题,在传统变桨控制的基础上进行优化,提出动态变桨PID增益调节的阵风控制方法,并通过外部控制器编程实现并在GH Bladed软件上进行仿真。结果表明,该方法能够提高机组的稳定性和适应性,并有效降低复杂风况下分散式风电机组关键部位的极限载荷。

风电机组载荷优化对变桨轴承力学行为影响研究

以往的研究主要关注的是变桨轴承本身的力学性能与设计改进,在载荷变化对变桨轴承力学行为影响规律方面还缺乏系统性研究,以致难以定量预测载荷优化对变桨轴承可靠性提升产生的影响,不利于变桨控制策略的准确制定。为此,引入了在线测试与仿真分析技术,研究了载荷优化对变桨轴承力学行为的影响。首先,采用基于应变载荷测试与位移传感器的在线测试方法,测试了风电机组在不同功率水平下载荷优化前后的叶根载荷,以及相应的变桨轴承内外套圈径向与轴向相对位移;然后,提出了一种有限元分析方法,建立了考虑变桨轴承及其周边支撑结构柔性的变桨系统有限元模型;最后,将实测载荷作为输入进行了仿真计算,分析了载荷优化对变桨轴承变形、滚动体与滚道间最大接触应力及最小边缘接触余量角的影响。研究结果表明:载荷优化降载3.46%~5.08%后,相同功率水平下变桨轴承变形减小,最大接触应力减小1.10%以上,最小边缘接触余量角增大0.47°以上,变桨轴承可靠性得以提升。该研究结果可为载荷优化控制策略的准确制定提供指导。

含约束加权最小二乘法的结构试验载荷优化方法

在先进民机研发过程中,为了提高全尺寸试验验证效率,需要在积木式试验略低一层级进行试验。针对试验载荷优化,基于有限元分析方法,以复材机身舱门曲板结构试验为例,提出了一种采用含约束加权最小二乘法进行试验载荷优化的方法,将试验加载点的作动器量程看作不等式约束,对重点关注区域给予更小的权重系数以提高局部区域拟合精度,计算结果表明所述方法可以确保试验件的受力状态与全尺寸结构受力状态一致。

变速风力发电机组的变桨控制及载荷优化

我国新能源发电技术不断发展,风力发电机组的技术科研也在不断推进,当前为了保证风电机组运行效果,行业内变速、变桨控制策略的研究较为深入,本文首先分析了风电机组的组成,而后就风电机组变桨控制机理及策略进行了探讨,进而探析了销峰载荷优化措施。

深远海上风力发电机组载荷优化及控制技术研究

讨论深远海上风力发电机组的模型以及分析模型载荷可知,深远海上风电发电机组载荷受多种因素综合作用。海上风电发电机组载荷的主要类型分为风轮载荷、风载载荷及海波载荷。在这些基础上,分析3种主要载荷类型的计算方法,提出海上风电机组载荷优化的目标为大气动力载荷优化、结构动力载荷优化和波浪影响的载荷优化。针对提出的优化目标,探讨深远海上风力发电机组的载荷控制技术,包括分段停机控制、风机软切出控制、塔筒加阻控制。

飞机结构疲劳试验载荷的优化设计

提出用对载荷误差求极值的方法实现最小误差控制的试验载荷计算 ,并通过精度加权系数综合控制误差的合理分配 ,完成试验载荷的优化设计。该方法已经应用于某型飞机疲劳试验的试验载荷计算 ,为该机全尺寸疲劳试验的成功奠定了基础。

超静定多轴牵引车制动试验载荷参数的优化

针对超静定多轴牵引车-半挂车制动试验周期长、对试验场地要求较高等实际问题,研究了如何应用超静定多轴载货车来等效替代超静定多轴牵引车-半挂车进行制动试验。先建立了超静定多轴牵引车静力学模型,然后分别建立了超静定多轴牵引车-半挂车和超静定多轴载货车理想制动力计算模型,以两种车型各轴理想制动力之和的绝对差值最小化为优化目标,对超静定多轴载货车制动试验的配重载荷和配重载荷质心高度进行了优化计算。研究结果表明:超静定多轴载货车在配重载荷参数接近优化值时,可以等效模拟超静定多轴牵引车-半挂车进行制动试验,其试验误差不超过15%。随着路面附着系数的提高,超静定多轴载货车的配重载荷和配重载荷质心高度也应随之增加。