基于LMI的5MW海上风力发电机组载荷控制技术研究

当风速大于额定风速时,通过调节桨距角可以限制输入气动功率和风轮转速,使等效在低速轴上的发电机转速更好地跟踪风轮转速,从而减小低速轴扭矩,实现风机叶片、塔筒和传动链的动态载荷控制。文章基于线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)设计多目标鲁棒H_∞/H_2状态反馈变桨距控制器。设计变桨距控制器时充分考虑了海上机组的运行环境,分析了海浪对机组产生的影响,控制目标选取机组的功率和机组的关键部位疲劳载荷,在保证功率稳定输出、减小功率波动同时,减小机组载荷。使用MATLAB和FAST软件进行联合仿真,仿真结果表明新型控制策略可以有效平稳风电机组输出功率并降低机组载荷,实现了优化H_∞/H_2鲁棒控制性能。

永磁同步风力发电机匝间和退磁故障早期检测

永磁同步发电机在发电效率、可靠性、电网友好性等方面具有独特的优势,已逐渐成为5 MW及以上容量的风电机组的主流选择。该文针对永磁同步电机退磁和绕组匝间短路2种常见故障的特点和监测方法进行研究,并建立2种故障的数学模型。提出一种基于零序电压分量和故障指示量的方法,可实现匝间短路早期轻微故障检测及故障相的判断;提出一种基于滑模观测器的退磁故障在线监测方法,该方法可准确辨识永磁体磁链,具有辨识精度高和速度快的特点。仿真结果验证了2种故障诊断方法的有效性及优势。

数据驱动的风电机组偏航参数适应性优化

为了增强风电机组偏航系统自适应水平,提升风能利用率,提出一种基于K近邻聚类(KNN)算法风电机组偏航控制参数优化方法。为准确描述风向变化,建立改进Weibull概率分布建立风向评估模型,即以风向波动的幅值(A)和波动持续时间(T)作为风况的数据标签来描述风向。对比风电机组不同偏航参数下的运行数据确定聚类中心(已知风况下的最佳偏航参数),通过基于KNN算法的风电机组偏航控制参数优化模型,得到不同风况下风电机组最佳的偏航参数。通过对风电机组运行数据进行算例分析表明,该方法高风速时可提升风电机组发电效率,并在低风速时减少偏航启动次数。

基于载荷优化的大型风电机组μ-synthesis鲁棒控制

基于结构奇异值μ理论,针对大型风电机组柔性结构不确定性,提出动态载荷控制系统的鲁棒控制器设计方法。考虑结构的模态参数不确定性和高阶未建模动态,通过选取适当加权函数分离出系统的不确定部分,设计独立变桨距鲁棒μ控制器,用DK迭代算法求解控制器,以使闭环系统同时满足鲁棒性和稳定性要求,利用Matlab/S4WT软件进行仿真试验验证,仿真结果表明对载荷振动有很好的抑制效果。

风电机组转矩的非线性控制

风电机组发电机转矩控制不仅直接决定机组的最大功率追踪效果,而且对传动系统疲劳载荷有明显影响。风电机组发电过程时刻受到风速的扰动,而且机组传动系统具有明显的非线性特性。本文设计了一种非线性转矩控制器,在计算出最优转速后,对风电机组转矩进行控制跟踪最优转速。在考虑机组传动系统柔性的情况下,实现最大功率追踪的同时可减小传动系统疲劳载荷。在FAST软件中针对5MW风电机组仿真,结果表明该方法能够很好地追踪最大功率,且相对传统PI控制输出的功率更加稳定平滑,对传动系统载荷有一定的改善。