海上漂浮式风机变桨距控制策略研究

海上漂浮式风机服役环境复杂,为了在风浪载荷的联合作用下减少漂浮式风机的发电功率以及风轮转速的波动。在FAST基础控制的基础上提出了将分数阶比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)变桨控制,来抑制风、浪载荷的影响。以美国可再生能源实验室的5 MW的OC4海上漂浮式风机为研究对象,首先建立了基于分数阶PID变桨距控制的漂浮式风机的动力学模型,结合遗传算法对控制的参数进行寻优,来提高系统的控制效果。使用了FAST与SIMULINK联合仿真,研究其对发电功率和风轮转速以及平台6自由度运动的影响,并且对变桨以后平台6自由度的运动进行了建模与分析研究。结果表明,与FAST基础PID控制器相比,基于遗传算法寻优的分数阶PID控制器具有更高的控制精度,有效降低输出功率和风轮转速的波动,而且会对6自由度的运动产生影响。

变速变桨距风电机组的高风速变桨距控制

变速变桨距风电机组由于主要部件风轮机的高度非线性,导致在高风速下不能用常规的PI控制变桨系统。为解决该问题,对变速恒频顺桨调节类风电机组工作点进行了分析和研究,在高风速情况下采用了根据桨距角度的分段PI控制方式,在该方式的控制下,风轮机的变桨过程既能保证不同角度下的快速调整,又能保证PI控制系统的稳定性;并且最终通过自建的小功率风电试验平台,验证了分段PI控制方式的实现效果,试验数据验证了分析结果的正确性。

风电机组变桨距系统半实物仿真试验平台

为了解决大型风力发电机组出厂前设计整机控制系统试验投入较大问题,针对大型风电机组的变桨距系统半实物仿真平台进行试验研究,并给出了在工厂内进行变桨距控制系统性能测试的解决方案.整个半实物仿真平台采用软件模拟各种工况和载荷情况,以运行控制系统(包含变桨距控制策略)和电动变桨距执行机构为实物形式,通过信息的实时交互完成了控制性能与执行机构的测试及载荷等模拟.仿真结果表明,案例研究有效验证了半实物仿真试验平台的合理性,此方法可以为机组设计和后续生产调试提供可靠的参考依据和验证手段.

电磁耦合调速风力发电机组模拟实验研究

电磁耦合调速风力发电机组实现了同步发电机直接并网运行,可有效地改善风电机组的暂态过载、故障穿越和电网电压支撑能力,提高风电机组与电力系统的兼容性。利用变频调速电磁耦合装置将齿轮箱输出轴功率以非接触方式传递到同步发电机,增加了功率传动的灵活性,避免了发电机故障冲击转矩对齿轮箱的破坏。为了研究该类机组的运行控制方法和功率传输效率等问题,该文设计并搭建一套30 kW电磁耦合调速风电机组模拟实验平台,通过实验验证了所提出电磁耦合调速风电机组的启动、并网、不同风况下稳态运行、脱网及停机等各阶段控制策略的有效性。测量了电磁耦合调速装置在不同运行工况下的功率传输效率。

风电机组电动变桨系统建模及运行特性评估与测试

为了较好地反映风电机组电动变桨系统的动暂态运行特性,有必要研究考虑电机驱动特性的电动变桨系统的动态模型。在介绍电动变桨系统基本结构和原理的基础上,建立了包含感应电机及其矢量控制策略、减速齿轮箱传动系统及后备电源各子系统模型的电动变桨系统详细模型,并给出了变桨控制系统简化一阶惯性环节模型;为了验证所建立的详细模型的有效性,搭建了电动变桨系统的测试平台,对所建立的变桨系统详细模型进行了桨距角跟踪性能、负载扰动运行特性和低电压故障运行特性仿真,并将其与简化一阶惯性环节模型和实际测试系统的结果进行了比较。结果显示,所建立的详细模型能够更好地反映实际电动变桨系统的动暂态运行特性,且能较好地评估其低电压故障运行特性。

旋转导向钻井系统稳定平台变结构控制研究

通过构建旋转导向钻井系统稳定平台的数学模型和分析稳定平台的工作环境,提出了稳定平台变结构控制方案。验证了稳定平台控制系统对于变结构控制的不变性条件,构造了滑动模态。采用指数趋近率和柔化符号函数法,设计了大幅度削减振颤的控制律。对设计出的变结构控制系统进行了计算机仿真和地面模拟试验,结果表明,该控制算法鲁棒性强,控制精度比较高,跟踪速度快,具有良好的控制效果。

变转速液压测控实验台的设计与开发

针对教学与科研实验开放性、扩展性的需求问题,设计、开发了变转速液压测控实验台。设计了实验台的硬件部分、电气控制部分及测控系统结构部分;采用了以工控机和LabVIEW软件的测控平台,开发了不同的程序,以对液压马达转速、系统流量与压力等物理量进行测量和控制;以设计的液压马达转速闭环PID控制实验为例,分析了该控制方式的原理,并进行了液压马达转速阶跃变化、负载恒定工况条件下的验证实验。研究结果表明:当液压马达目标转速阶跃变化、负载恒定情况下,采用该控制方式时的实际值能很好地响应目标值的变化,并动态地维持在目标值附近;该实验台具备良好的开放性、扩展性,能满足教学与科研的需求。

养殖工船电力推进调距桨动力系统策略

为解决深远海养殖工船电力推进系统复杂,存在谐波干扰,设备空间占用多,系统成本高等问题,结合动力系统适渔性需求,采用了一种变频软起动的电力推进调距桨动力系统设计方法。经过比较该系统配置方案,研究该系统起动和运行过程中推进电机和螺旋桨的特性曲线,对比分析调距桨动力系统的造价和性能。结果显示:该电力推进调距桨动力系统可以简化动力系统配电网络,降低了配电装置成本,提高了系统冗余度,减少了电网谐波。研究表明:该方案具有经济性、可行性、可靠性、适渔性。

可调螺距螺旋桨单叶静平衡试验台研制

提出一种二次称重测量桨叶重心及不平衡力矩的方法,以提高桨叶静平衡的测量精度;基于所提方法进行双层结构的可调螺距螺旋桨单叶静平衡试验台设计,同时为保证试验台测量精度并扩大测量范围,采用响应面优化法对上层平台进行结构优化设计,以提高上层平台的刚度并减小质量;开发了一试验台样机并进行了实桨测量试验。结果表明:静平衡试验台具有较高的测量精度及重复精度,能够较好地满足可调螺距螺旋桨单叶静平衡试验的需求。

基于转子动能和变桨距控制的DFIG功率平滑控制

大规模风力发电并网已经是新能源发展的必然趋势,但由于风能的不确定性以及风电机组自身特性,风机输出功率波动性较大。在传统的最大风能追踪控制策略(maximum power point tracking,MPPT)的基础上提出了一种在全风速范围内转子动能控制和变桨距控制相结合的功率平滑控制策略,在实验室开发的风力发电机组半物理实时仿真平台上进行仿真研究,结果表明,与传统的MPPT相比,该功率平滑控制策略可以明显减小风机的输出功率波动,提高电能质量。

油膜轴承试验台液压加载系统压力控制特性分析

泵控内控式机液控制系统具有结构紧凑、无节流损失、发热量少、能效高的优势,可以满足油膜轴承的载荷施加,实现油膜轴承试验台液压加载系统的压力控制。为此,建立了泵控机液控制系统的压力控制模型,对恒压变量泵控系统进行研究,分析了影响系统动态特性的主要因素。通过MATLAB/Simulink对影响压力控制系统动态特性的主要因素进行了仿真分析。研究了不同调压弹簧刚度、控制滑阀流量增益的恒压变量泵出口压力动态特性。结果表明:增大调压弹簧刚度、减小控制滑阀流量增益可以提高系统稳定性。仿真结果验证了理论分析的正确性。

变桨距系统试验台测试技术与应用

变桨系统测试平台建立的目的是模拟风场的运行环境,测试变桨系统的功能和性能,验证变桨系统的可靠性、快速性、准确性,同时为变桨系统的技术改进提供实验依据。为迎接全国范围内迅速展开的风电各系统多种形式的并网试验测试,文章给出了电动变桨系统平台测试方法。其中包含有故障穿越能力测试,能够有效应用于风力发电机组低电压穿越能力一致性评估工作。这对于确定详细的风机并网测试低穿认证具有重要的指导意义和实用价值,也有益于风电产业领域的提质增效。

全国产氦液化器的性能调控优化研究及其工程化应用

超导磁体一般工作在液氦温区(–269℃),需要稳定可靠的冷源为其提供保障.为满足未来高能量粒子对撞机所需高场强超导二极磁体研究的测试需求,本文针对自主研制的国内首台全国产氦液化器开展了性能调控优化研究,分别实现了冷箱和液氦杜瓦降温过程的优化控制,节省压缩机功耗分别为12.3%和25.2%,显著提高了氦液化器的经济性.在此基础上,针对用户现场不同运行工况,实现了氦液化器适应变负荷的自动控制调节功能.分析了氦液化器在各负荷状态下的运行能耗;在不考虑液氮消耗的前提下,氦液化器最低能耗为2.4 kW h/L.通过调控优化及实验测试,成功实现了氦液化器与用户端磁体测试平台的联合运行,并通过了全国产氦液化器的长时间运行可靠性测试,满足了磁体测试系统对其低温制冷系统在稳定性和可靠性方面的要求.目前,该氦液化器已累计稳定运行超过两个月,生产液氦超过35000 L,推动首台国产化加速器高场强超导二极磁体取得了12.47 T磁场强度新指标的突破.这是全国产氦液化器首次应用于超导二极磁体测试平台,该工程应用未来可进行进一步推广.