针对风机变桨距控制系统隐蔽攻击的防御方法研究

伴随信息化程度不断提高,隐蔽攻击将对风机变桨距控制系统构成威胁。为此,设计了一种防御结构。将攻击信号对被控对象的影响反馈给控制器,由控制器实时调节控制输出信号,进而防御隐蔽攻击。分别在有攻击和无攻击场景下分析了采用防御结构后系统的稳定性。仿真结果显示,在隐蔽攻击时间段内,采用防御结构后,风机输出功率与设定值的平均误差为0.004 MW;在无攻击时间段内,风机输出功率与原系统保持一致。该结果说明,防御结构有效。

计及叶轮不平衡的差动调速风电机组变桨距控制

为保证差动调速型风电机组在全风速区间内运行的能量效率及稳定性,在考虑叶轮不平衡、风剪切及塔影效应的影响下,提出了一种基于径向基(RBF)神经网络的滑模变结构控制(SMVSC)方法,以完成差动调速型风力机桨距的准确、快速调节。该方法将滑模误差引入其控制的自适应率中,通过在线调整RBF神经网络的权值和中心值来有效地抑制抖振效应。搭建了1.5 MW差动调速型风电机组仿真模型,在利用物理试验平台对仿真模型进行原理验证后,对所提RBF-SMVSC方法的控制效果进行了对比验证。研究结果表明:相较于PI和传统滑模控制独立变桨方法,在不同的风速条件下,所提控制方法不仅可以更加快速、精确地调节风力机转速和功率输出,还可以有效提高机组的能量捕获效率,减小不平衡载荷。

变桨距垂直轴风力发电机设计与数值模拟

针对传统垂直轴风力发电机运行不稳定、容易失速等问题,设计一款300 W的变桨距垂直轴风力发电机,重点解决发电机的连接、传动和变桨距问题。叶片结构设计基于空气动力学理论,选用NACA0020型对称翼型,三叶片结构,H型分布。变桨距机构采用曲柄摇杆机构,通过伺服电机控制小齿轮旋转,实现叶片浆距角的变化。运用SOLIDWORKS Flow Simulation软件对风力发电机进行仿真分析,计算不同工况下的速度、压力以及分布力。仿真结果表明,所设计的风力发电机稳定性好,低风速启动性能好,为提高垂直轴风力发电机安全和效率,降低维护成本提供了参考。

风力发电机组泵控液压系统变桨距控制研究

风能收集和转换主要的两种功率调节模式是风力机转速变化和桨距控制。从大型风力发电机组容量和变桨距控制的要求出发,对高性能变桨距控制技术展开研究,应用电液伺服泵控变桨距控制系统,针对变桨距控制中负载强扰动,系统控制鲁棒性差的问题,采用模糊PID控制策略,提高系统抗干扰的综合性能。通过Simulink建立模糊PID控制策略,因为负载处于强扰动工况,针对不同桨距角下,油缸所受载荷进行仿真分析,通过在Fluent中建立风机桨叶的流场模型,得出了不同风速情况下液压缸所受载荷与桨距角之间的关系。最终将系统的载荷谱装载到液压系统与控制策略仿真模型中,通过仿真与试验相结合的形式,得出系统稳态控制精度提高71%,响应时间提高34.28%,系统超调降低48.33%。验证模糊PID控制策略对于提高系统鲁棒性有良好的控制效果。

基于DDPG算法的风力发电机变桨距控制研究

风电机组模型的不确定性以及风速等外部干扰严重影响风电机组输出功率的稳定性,基于准确风机参数的传统控制策略难以满足系统控制需求。因此,提出了一种基于DDPG算法的风机变桨距控制器。借助强化学习仅需与环境交互无需建模的优势,以风机模型为训练环境,功率为奖励目标,变桨角度为输出,采用深度神经网络搭建Actor-Critic单元,训练最优变桨策略。采用阶跃、低湍流、高湍流3种典型风况对算法进行检测。仿真结果表明,不同风况下基于DDPG算法控制器的控制精度、超调量、调节时间等性能均优于传统比例-积分-微分控制器效果。

灰色预测模糊PID控制器在风电机组变桨距控制中的应用

为了克服风速的随机性对风力发电功率输出的影响,基于风力机和发电机数学模型构建风电机组变桨距控制系统,将灰色预测算法与模糊自适应PID相结合构成灰色预测模糊PID控制器实现变桨距优化控制。本控制算法采用灰色预测算法测量低风速阶段的风力机叶尖比和高风速阶段的发电机输出功率,并将测量值与给定值比较后的误差输入到模糊自适应PID控制器进行动态调节。Simulink仿真结果表明,基于灰色预测模糊PID控制器的变桨距控制策略对不同风速条件下的功率调节具有良好的动态性能和鲁棒性。

风电机组电动变桨距控制系统的优化研究

由于风速的随机性、不稳定性及气动效应的影响,使得风力发电机组变桨距控制系统具有非线性、参数时变性、强耦合等特点,难于实现高精度控制,导致风电机组输出电能质量较差。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能,分析了风电机组变桨距控制系统的现状,建立了整个风电机组模型,提出了优化的变桨距控制策略,并设计了基于模糊控制的变桨距控制器。仿真结果表明,独立变桨距控制技术的控制效果比统一变桨距好,实现了风力机各叶片的优化独立变桨距控制,优化了风力发电系统在超过额定风速时的恒功率控制,具有抗干扰能力强、控制精度高的特点。

被动变桨距对风致转动垂直轴风力机捕能性能影响

为了改善现有垂直轴风力机的启动性能和风能利用率,提出了一种基于齿轮连杆结构的被动变桨距结构,并利用运动学仿真软件ADAMS验证了变桨距机构的可行性;此外,还对流体求解器Fluent进行二次开发,编制了一套可有效求解被动变桨距垂直轴风力机和流体流动相互作用的计算程序,并在6 m/s的风速下分析不同变桨振幅对风力机捕能性能的影响。结果表明:所提出的被动变桨距机构能够提升风力机的启动性能,在±25°变桨振幅下风力机的风能利用率达到了17.633%。

海上漂浮式风力机变桨距减载控制研究

海上漂浮式风力机在受到风浪载荷作用,会引起漂浮式海上风机的叶尖位移和平台运动,造成载荷变化,使得风机的稳定性变差。为减小风机受到的载荷影响,基于Coleman坐标变化,提出一种基于模糊PID算法独立变桨距控制策略,利用模糊控制器对PID参数进行在线整定。通过FAST与Matlab/Simulink联合仿真,结果表明:提出的基于模糊PID独立变桨距控制技术有效减小了由漂浮式平台的晃动引起的载荷,提高了平台稳定性;对由叶片摆动引起的载荷有一定的减载作用;同时降低了漂浮式海上风力机塔基载荷,提高了风机的稳定性。

漂浮式风机变桨距控制方法设计

海上漂浮式风机在风浪联合作用下做变桨控制,会对漂浮式风机的发电功率造成影响。传统的PID变桨控制效果差,存在发电功率波动较大的问题,为此,文中利用美国可再生能源实验室(NREL)提供的FAST软件,建立波浪载荷作用下的漂浮式风机的动力学方程,采用L-M法(Levenberg-Marquardt)对其中的系数进行辨识,并与FAST输出的高保真模型进行对比,验证所建立模型的准确性。其次,利用FAST提供的联合仿真平台设计一种基于遗传算法PID状态反馈的干扰自适应控制的方法,实现漂浮式风机变桨距的稳定控制。结果表明:与基于FAST的变桨距控制相比,基于遗传算法PID状态反馈的干扰自适应控制方法风轮转速的波动较小,输出功率的超调量更小,调节时间较短,更加稳定,而且能够减少漂浮式风机在平动方向和转动方向中横荡的波动,更适合海上漂浮式风机的变桨控制。

双馈风力发电机组变桨距控制及低电压穿越技术要点

由于近年来我国的经济发展速度非常迅速,随之而来的能源问题也变得越来越重要,作为当今人类社会生存和发展当中所存在的主要问题,能源缺乏已经成为了人们所亟待解决的一个重要发展缺陷,通过开发和利用可再生资源,可以在一定程度上缓解人类的能源压力,而开发和利用可再生资源也是当前世界各国开展可持续发展战略的重要方式。风力发电作为可再生资源当中的一种,由于其自身清洁能源的特点,不仅能够节约不可再生资源,而且也可以降低对周围环境的污染,风力发电系统的效率也非常高,而且功率速度也非常大,通过对双馈风力发电机组控制技术以及风能开发的进一步研究,可以推动我国后续的能源发展。

基于卷积神经网络的双馈风电机组独立变桨距优化控制方法

目前,双馈风电机组独立变桨距优化控制疲劳载荷的计算通常采用单目标的方式,测算控制的范围较小,挥舞载荷下降。基于此,设计基于卷积神经网络的双馈风电机组独立变桨距优化控制方法,明确风电机组独立变桨距控制指标,采用多目标的方式扩大测算控制的范围,实现对风电机组疲劳载荷的多目标计算。同时,构建卷积神经网络机组独立变桨距优化控制模型,采用反馈校正的方式实现优化控制,并设计对比实验进行测试。测试结果表明:在卷积神经网络的辅助下,所设计的双馈风电机组独立变桨距优化控制方法更为高效,具有实际应用价值。

基于特征提取的大型风力机械变桨距实时控制方法

复杂的地形会导致风力机械变桨距受到外界因素的影响,导致自身控制效果差,为提升变桨距实时控制效果,提出了基于特征提取的大型风力机械变桨距实时控制方法。该方法分析了变桨距动力学特性及风力机组传动系统的性能,为后续控制效果提供了重要信息基础,基于分析结果提取了变桨距运行数据特征,并根据提取的特征信息,建立了变桨距角位置闭环数学控制模型,利用该模型实现变桨距的自动控制。通过对该方法进行变桨距输出功率测试及变桨距控制性能与实际结果对比测试,验证了该方法的控制效果最佳。

基于风速估计和风剪切的风力发电机组变桨距控制

为提高大型风力发电机组捕获风能的能力,改善其主要零部件受荷载情况,提出基于有效风速估计和风剪切的风力发电机组独立变桨距控制策略。以某5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对传统统一变桨控制策略和独立变桨控制策略进行仿真比较。结果表明:相对于统一变桨距控制策略,独立变桨距控制策略不但能满足维持风力发电机组输出功率额定值稳定的要求,而且使发电机组主要零部件的受荷载情况得到明显改善。

一种分段式结构的变桨距垂直轴风力发电机研究

针对国内风电频率不稳定的问题,提出了一种分段式结构的变桨距垂直轴风力发电机方案.简要介绍了该变桨距垂直轴风力发电机的特点,并采用叶素理论和数值仿真方法对其气动性能进行了研究,结果表明此结构的变桨距垂直轴风力发电机在变桨距性能及叶片的强度和刚度方面更加优越,相信将对我国风力发电的发展起到一定的推动作用.

双馈风力发电机组变桨距控制及低电压穿越技术研究

双馈风力发电组变桨距有效控制与低电压穿越技术的应用,有利于增强风力发电稳定性,实现风力机高效运行。文章依据双馈风力发电机组变桨距控制原理,通过对变桨距控制模型、改进变桨距控制器、明确运行控制流程、完善变桨距控制结构等路径进行分析,促使风力机在变速运行中充分吸收风能,从而有效应对双馈风电机组的低电压穿越过程,提高双馈风电机组的故障穿越能力,以此助力风力机达成电网系统闭环控制目的。

江苏滨海现场#B28风电机组变桨距控制系统电容电压低故障分析及处理

风力发电机组变桨距控制系统,是兆瓦级以上风力发电机组控制和保护的重要装置。本文概述了新能源发展现状及趋势,变桨距控制系统在新能源风力发电机中的应用,分析江苏滨海现场#B28风电机组变桨距控制系统电容电压低故障现象,找出导致故障的具体原因是继电器选用不当,本文提出相应的有效处理措施,以期为同业者提供借鉴。

减小塔影效应载荷波动的独立变桨距控制研究

针对塔影效应引起风电机组载荷波动的情况进行研究,对其引入独立变桨距控制。建立风电机组风轮的线性时变模型,并将其写成状态方程的形式,进而引入Coleman变换将其变换成线性时不变模型。然后,在此模型基础上,加入PID控制器,从而完成独立变桨距控制系统的设计。在塔影效应的影响下,分别对独立变桨距控制和统一变桨距控制情况下风电机组的载荷波动进行仿真对比研究,并利用雨流统计法对风电机组进行疲劳分析。研究结果表明:在塔影效应影响下,采用独立变桨距控制策略的风电机组载荷波动较采用统一变桨距控制策略的风机有明显改善,削弱了塔影效应载荷波动的影响,并延长了机组的使用寿命。

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。

基于电液行星锥齿马达的变桨距控制

针对风电机组变桨距控制的特点,提出一种基于电液行星锥齿马达的变桨距控制方式,采用液压马达驱动与锥齿直接减速方式变桨距控制.设计电液行星锥齿马达变桨距机构及其电液控制系统,提出基于电动机-变量泵-比例阀的协同变桨距控制方案,构建系统等效控制模型.同时,针对变桨距的大惯性、非线性、强干扰等特征,设计新型的桨距角控制器和变桨距控制器,构建系统仿真模型,进行对比仿真研究.结果表明该变桨距控制方式的可行性和有效性.