基于H_2/H_∞混合优化的大型风电机组变桨距鲁棒控制技术研究

基于线性矩阵不等式(LMI)设计多目标鲁棒H2/H∞状态反馈变桨距控制器,并通过极点配置,保证闭环系统的动态和稳态性能。变桨距控制器设计时充分考虑了减缓传动链疲劳载荷,达到减小机组关键部件载荷的目的。使用FAST软件进行仿真,仿真结果表明新型控制策略可有效平稳风电机组输出功率并降低机组疲劳载荷,实现了优化H2/H∞鲁棒控制性能。

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。

双馈型风力发电机组低电压穿越技术改进方法研究

随着风力发电机组装机容量的急剧增加,对电网稳定性的影响越来越大,为了提高风电接入电网的电能质量,确保电力系统的安全稳定运行,要求风力发电机组必须具备低电压穿越(LVRT)功能。针对内蒙古某风电场双馈型风力发电机组低电压穿越改造实例,对基于Crowbar保护电路的低电压穿越技术进行分析,并通过中国电力科学研究院低电压穿越测试验证该技术改造方法的有效性。结果表明:不具备低电压穿越功能的双馈风力发电机组,采用Crowbar控制电路的方法是可行的,并能够满足当前国家电网对风力发电机组接入电网低电压穿越的要求。

基于模型预测控制的风电机组独立变桨距控制技术的研究

随着双馈风电机组向大容量、高性能的目标发展,研制出稳定可靠、优化运行的双馈风电机组控制系统,是当前风电机组控制应用领域研究的热点。在双馈风电机组的功率恒定输出和减小机组载荷之间取得协调,达到整体性能的优化是控制研究的重点。针对双馈风电机组减小动态载荷、实现高效稳定控制提出一种模型预测控制策略(Model Predictive Control,MPC),以减小机组风轮不平衡载荷。以3 MW风电机组为对象,基于FAST软件对该控制策略和传统PI控制策略进行仿真比较。结果表明,这种新控制策略可以有效稳定风电机组输出功率和降低机组载荷。

独立变桨距控制策略研究

为解决独立变桨距控制多输入多输出信号之间的耦合问题,侧重于研究独立变桨距的多变量控制技术。建立带卡尔曼滤波器的前馈–反馈线性二次高斯函数(linear quadraticgaussian function,LQG)最优控制,并对统一变桨距控制、独立变桨距控制的标量比例积分(proportional-integral,PI)控制、独立变桨距控制的多变量LQG控制3种情况下的载荷进行对比。结果表明:LQG最优独立变桨距控制比统一变桨距控制和传统的PI独立变桨距控制具有更好的减载效果,更适合大型风力发电机组。

大型风电机组振动分析和在线状态监测技术

风力机是一个刚柔耦合的多体系统,作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使系统产生变形或振动,影响风力机的正常运行,严重时会导致风力机损坏,为此振动稳定性成为机组设计首要关注和解决的问题.从机组的振动原因分析入手,研究了主要振动源的动力学方程,对塔架进行了Campell共振图分析,用有限元分析方法计算出塔架的固有频率和振型,为机组设计提供了依据,通过在线振动监测手段验证了设计的有效性.

大型风力发电机组技术发展趋势

风力发电技术在20世纪90年代获得长足的进步,已发展成为新能源开发利用中最成熟的一门技术。并网型风电机组成为风电利用的最好形式,并向大型化方面发展。文章简要阐述了大型并网型风力发电机组在功率调节方式,发电机技术等方面的现状、发展趋势和研究方向。

风电场SCADA系统的数据传输技术

为了使设备与设备之间以及设备与电网之间有良好的数据传输能力,根据风电场上、下位机之间数据传输的特点,对适合于风电场SCADA系统的数据传输方式进行了分析研究.阐述了专门面向风电场监控通信的IEC 61400-25标准的体系结构和适用范围,其中重点阐述了风电场监控通信的信息模型和信息交换模型及其建模方法.研究表明,风电场SCADA系统的数据传输必须满足远距离通信能力强、实时性强、可靠性高的要求,才能保证对风电场的统一管理、运营及维护.

双馈风力发电机直接转矩控制的研究

详细研究了风力发电系统中双馈电机采用直接转矩控制的原理,在此基础上组建了由ABB公司的ACS 800-67作为控制设备的控制系统.在实验室中采用该控制系统对双馈电机进行现场模拟实验.由于ACS 800-67控制设备采用了直接转矩控制策略,因此对该设备的直接转矩控制器进行了研究.结合所研究的双馈电机直接转矩控制理论对实验数据进行分析,结果证明双馈电机直接转矩控制在风力发电系统中具有利用风能发电效率高、并网冲击电流小、并网同步速度快的优点.

大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究

旨在确定变桨距机构的结构形式,通过精炼设计校核变桨距机构的技术参数,论证变桨距机构的合理性,确保兆瓦级风力发电机组在60 m高空稳定工作.通过不同的变桨距机构方案的对比,找出各种变桨距机构的优缺点,完成兆瓦级风力发电机组变桨距结构的确定;利用数值算法进行变桨距机构参数的精炼设计;利用实验装置验证变桨距机构的合理性.最终,兆瓦级风力发电机组采用了液压变桨距结构形式,由数值算法给出了液压变桨距结构的最大负载力矩;并利用实验装置验证完成了在地面上的变桨距机构的调试工作,证明了变桨距机构在额定工况下能正常工作.在兆瓦级风力发电机组的调试过程中变桨距机构工作正常、稳定,达到了预期设计的目标.

基于阻尼滤波的大型风电机组柔性振动控制技术

主要针对如何减小机组载荷,增加阻尼的柔性振动控制技术进行研究。首先分析了引发大型变速变距风电机组振动的原因和各振动的激励源所在;然后针对1.5MW SUT-1500机组的设计进行可能存在的振动情况分析,并进行桨距、转矩阻尼滤波 PID 控制器的设计;最后在 Bladed 软件中进行仿真验证,得到塔架振动控制、传动链扭曲振动控制的有效方法。

变速变距风力发电机组整机协调控制策略研究

针对变速变距机组的转矩控制、桨距控制以及整机的协调控制进行了研究。首先,通过模态线性化过程建模被控对象;然后针对机组运行的工作区域进行划分,并研究各区域的主要控制策略,主要针对区域2的PID转矩控制和区域3的桨距控制进行策略阐述,在此基础上,对整机的协调控制策略规则进行阐述;最后进行整机控制的仿真和试验结果分析。

双馈风电场新型无功优化分配策略研究

提出一种新型的双馈风电场无功优化分配策略,以降低风电场整体损耗为目标,不仅考虑集电线路和风力机变压器的损耗,还考虑风力机内能量转换系统的损耗。同时,在进行无功优化分配时综合考虑风力机内无功分配方式对风力机能量转换系统损耗的影响,提出一种新的风力机内无功控制方式。该文优化问题由内点法求解,包括风力机无功功率极限、母线电压、相角以及潮流平衡等约束条件。通过算例对所提出的控制策略进行仿真计算和分析,结果验证了所提无功优化分配策略的有效性,并分析得出使风电场损耗最小化的无功分配原理。

基于前馈补偿方位角权系数的分程独立变桨距控制研究

依据风速特性及桨叶的空气动力学分析得到独立变桨距控制的基本控制规律,提出基于前馈补偿的方位角权系数分程独立变桨距控制,此控制方法采用方位角权系数分配分别对3个桨叶的桨距角进行调整,实现独立变桨距控制,然后根据前馈补偿理论对变桨距过程进行分程独立变桨距控制。在Matlab中进行仿真。仿真结果表明,该控制方法不仅可实现风力机的独立变桨,在稳定输出功率的同时减小桨叶的拍打振动,且可避免由于全程独立变桨距桨叶调节频繁所引起的电动变桨执行电机因过热损坏的问题。控制方法简单,更适合用于独立动作的电动变桨距执行机构。

风力发电机组电动变桨距系统的研究

在国内外研究基础上分析了电动变桨距系统的结构,从机械和伺服驱动两部分分别研究了风力发电机组的电动变桨距系统,设计了以三相永磁同步电机为伺服电机的电动变桨距系统。

变速恒频双馈风力发电机的最大风能追踪控制

为了最大限度的利用风能,提高风力发电系统的效率,提出了一种不依赖于风速测量的最大风能追踪和转换策略。通过模糊逻辑控制器的设计得到低风速时发电机的参考转速,模糊自适应控制器作为直接转矩控制系统速度调节器的基本组成单元,从而使发电机转速跟踪风速。最后,利用Matlab软件对1MW双馈型风电机组的运行性能进行了分析和比较。仿真结果表明,在风速变化时,控制器可以使发电机转速跟踪最佳理论值,系统性能稳定,达到了预期的控制目标。

基于坐标变换的独立桨距调节技术

针对因风的不对称性引起俯仰弯矩和偏航弯矩的问题,建立了大型风力发电机组独立变桨距控制所需的空气动力学模型。由于风轮空气动力学模型具有多变量、强耦合和时变的特点,首先对其施加一坐标变换,将其转换成线性时不变、非耦合的简单模型,简化了控制器的设计。最后,将风切变作为扰动输入量,针对一台1.5 MW风电机组设计了两个独立的PID控制器,并利用Matlab进行了仿真验证。结果表明,采用独立桨距调节技术能大大地降低风机的俯仰弯矩和偏航弯矩。