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风力机独立桨距角鲁棒自适应跟踪控制

中国电力 2015年第6期48卷 14-19页

作者：崔双喜王维庆新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830047

针对风力机非线性电动桨叶系统,分析了桨叶承受的力矩和空气动力造成的不平衡载荷。根据动量矩定理,建立了具有时变不确定项的桨叶动力学模型。设计了风力机独立桨距角鲁棒自适应跟踪控制器,给出了控制器自适应参数的自适应更新率算法... 详细信息

针对风力机非线性电动桨叶系统,分析了桨叶承受的力矩和空气动力造成的不平衡载荷。根据动量矩定理,建立了具有时变不确定项的桨叶动力学模型。设计了风力机独立桨距角鲁棒自适应跟踪控制器,给出了控制器自适应参数的自适应更新率算法。利用李雅普诺夫稳定性理论,证明了桨叶控制系统的稳定性。采用Matlab/Simulink软件建立风力机桨叶动力学模型,仿真验证了控制策略的有效性和可行性。结果表明,在勿需知道桨叶系统时变不确定参数和不平衡载荷的情况下,所设计的控制器能够快速实现独立桨距角跟踪控制,控制器对复杂非线性桨叶模型表现出良好鲁棒控制效果。

关键词：风力机动力学独立变桨距自适应李雅普诺夫稳定性

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变桨距系统多变量协调控制策略研究

电气传动 2013年第6期43卷 59-63页

作者：张宏立田勇新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830047

由于风力机独立变桨距控制系统是一个多变量、非线性以及带有时变性的控制系统,为了解决该复杂控制系统中多变量之间的耦合问题,在传统PID变桨控制的基础上提出了多桨耦合协调控制策略,并将仿真结果与传统PID变桨控制进行对比,仿真结果... 详细信息

由于风力机独立变桨距控制系统是一个多变量、非线性以及带有时变性的控制系统,为了解决该复杂控制系统中多变量之间的耦合问题,在传统PID变桨控制的基础上提出了多桨耦合协调控制策略,并将仿真结果与传统PID变桨控制进行对比,仿真结果表明:基于协调控制技术的变桨控制系统变桨同步性大幅提高,且具有更高的变桨精度。

关键词：独立变桨距多变量多桨耦合同步性变桨精度

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基于单神经元权系数的风电机组独立变桨控制

可再生能源 2010年第3期28卷 19-23页

作者：姚兴佳马晓岩郭庆鼎关利海沈阳工业大学风能技术研究所辽宁沈阳110023

针对风电机组大型化造成风轮受风剪切效应不良影响的问题,提出了采用模糊PID功率控制器与单神经元动态权系数分配的独立变桨距控制方案。使用Matlab软件对该方案应用于1 MW双馈型风电机组独立变桨距的运行工况进行仿真研究。仿真结果显... 详细信息

针对风电机组大型化造成风轮受风剪切效应不良影响的问题,提出了采用模糊PID功率控制器与单神经元动态权系数分配的独立变桨距控制方案。使用Matlab软件对该方案应用于1 MW双馈型风电机组独立变桨距的运行工况进行仿真研究。仿真结果显示,独立变桨距控制方案在保证机组输出功率稳定的前提下,显著改善了风机叶片与风轮承受的轴向不平衡气动力的幅值与波动,进而降低了机组运行过程中受到的气动疲劳载荷,有助于延长机组寿命。

关键词：独立变桨距动态权系数模糊PID 单神经元PID自适应

风力发电机多域物理建模方法及独立变桨模糊控制器优化研究

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可再生能源 2013年第9期31卷 44-48页

作者：张宏立李贵彬新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830047

针对独立变桨风力发电机,分析了风力发电机运行原理,基于以上原理在Matlab下分别建立了1.5MW独立变桨风力发电机的监测控制系统、独立变桨距控制系统、偏航控制系统、液压执行器系统和电网系统的物理模型,设计了独立变桨距控制模糊PI控... 详细信息

针对独立变桨风力发电机,分析了风力发电机运行原理,基于以上原理在Matlab下分别建立了1.5MW独立变桨风力发电机的监测控制系统、独立变桨距控制系统、偏航控制系统、液压执行器系统和电网系统的物理模型,设计了独立变桨距控制模糊PI控制器,与传统PI控制器进行了仿真对比。仿真结果表明了该物理模型的正确性,对比结果表明,模糊PI控制器不仅能提高节距角跟踪精度而且能够稳定输出电压和输出功率,同时也减小了拍打震动和桨叶载荷。

关键词：物理模型独立变桨距拍打震动 PI模糊控制桨叶载荷

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风力发电机电动变桨距控制系统的优化研究

风力发电机电动变桨距控制系统的优化研究

作者：吉小康河北工业大学

学位级别：硕士

随着风电机组容量的不断增大,叶片越长,其实际风速与参考风速的误差也越大,叶片载荷也随之增大,这些问题严重影响风电机组的使用寿命。因此研发安全可靠和高效率的大型风电机组具有重要的现实意义。本文以MW级风电机组为依托,对大型风... 详细信息

随着风电机组容量的不断增大,叶片越长,其实际风速与参考风速的误差也越大,叶片载荷也随之增大,这些问题严重影响风电机组的使用寿命。因此研发安全可靠和高效率的大型风电机组具有重要的现实意义。本文以MW级风电机组为依托,对大型风电机组电动变桨距控制技术进行了较深入的研究。本文首先简要分析了风电机组电动变桨距控制系统的机械传动部分和电气伺服部分,并对其进行了载荷分析和计算。接着从风力机桨叶的空气动力学基本理论入手,分析出变桨距控制原理,针对大型风电机组有效风速在风轮平面内分布不均匀问题进行了理论分析和研究;基于目前的变桨距控制方法,提出优化的独立变桨距控制方法解决这一问题,其方法是:在风速超过额定风速时,先根据风速统一调节桨距角到预定值;再把统一变桨后的输出功率偏差、偏差变化率作为输入量,基于模糊控制算法获得新的统一桨距角;最后基于方位角权系数分配给每个桨距角,再次异步微调桨距角,实现风力机各桨叶的优化控制。本文在MATLAB/Simulink中建立了风电机组各部分的数学模型,并基于该方法建立了独立变桨距风电机组数学模型。由仿真结果可知,本文提出的方法有效的优化了风电机组在额定风速以上的恒功率控制,其与统一变桨距控制相比较,其抗干扰能力强,控制精度更高。

关键词：风电机组统一变桨距独立变桨距模糊控制

兆瓦级风力发电机组电动变桨距控制技术的研究

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兆瓦级风力发电机组电动变桨距控制技术的研究

作者：孟明河北工业大学

学位级别：硕士

风力发电技术经过几十年的快速发展，已经被公认为是一种技术成熟、开发成本低廉、发展前景广阔的可再生能源。为了改善能源结构、应对气候变化，许多国家都将风力发电作为一项重要的发展项目。变桨距控制是风电机组功率控制的关键技术... 详细信息

风力发电技术经过几十年的快速发展，已经被公认为是一种技术成熟、开发成本低廉、发展前景广阔的可再生能源。为了改善能源结构、应对气候变化，许多国家都将风力发电作为一项重要的发展项目。变桨距控制是风电机组功率控制的关键技术之一，深入研究大型风电机组变桨距控制技术具有重要的现实意义。统一变桨距风电机组是市场占有率较高的风机类型，它将风轮旋转平面圆心处的风速作为参考风速同步控制风力机的三个叶片。但是在实际应用中，由于地面摩擦力的存在，风速在不同高度上是不同的。随着机组容量的不断变大，风力机的叶片变的越来越长，因此吹向桨叶的实际风速与参考风速之间的差异也不断变大，由此造成风力机叶片载荷逐渐变大，且输出功率相比于额定功率有较大波动。本文首先对大型风电机组风轮旋转平面内有效风速的分布不均问题进行了理论推导和分析，确定了独立变桨距控制技术为研究目标。建立了基于桨叶方位角权系数分配的数学模型，设计了模糊变桨控制器与模糊PID变桨控制器两种独立变桨控制器，并与之前建立的数学模型联立起来进行仿真分析。结果表明，模糊控制器仅可以在一般情况下勉强满足设计要求，在恶劣环境下难以确保机组安全运行。而模糊PID控制器可以在线实时调节PID的三个参数，进而调节桨叶桨距角从而实现机组输出功率的平滑控制，该控制器可以较好的满足设计需要。

关键词：风力发电独立变桨距模糊控制模糊PID控制

基于神经网络自适应方法的海上浮式风机独立变桨控制研究与监控系统设计

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基于神经网络自适应方法的海上浮式风机独立变桨控制研究与监控系...

作者：柯建波重庆大学

学位级别：硕士

随着能源需求的增长和气候的变化,世界各国对可再生能源的需求有增无减。风力发电作为一种环保无污染的发电方式,拥有巨大的发展空间。远海风电场的平均风速与近海和岸上风电场的平均风速相比更高,湍流更少,风切变更小,受到了越来越多... 详细信息

随着能源需求的增长和气候的变化,世界各国对可再生能源的需求有增无减。风力发电作为一种环保无污染的发电方式,拥有巨大的发展空间。远海风电场的平均风速与近海和岸上风电场的平均风速相比更高,湍流更少,风切变更小,受到了越来越多国家的关注。随着风力发电领域技术的发展,漂浮式风力发电为风电机组近一步进入深远海区域提供了一个实际有效的解决策略,受到了越来越多国家的支持和认可。然而,由于深远海区域气候恶劣极端,浮式风机系统的参数存在着未知性,风浪和浮式风机整体之间的耦合作用大,这就要求采用智能有效的控制策略来减小发电功率的波动,降低浮式风机的负荷,独立变桨策略应运而生。独立变桨技术可以独立地调整桨叶的桨距角,使得桨叶在不同的时间和空间位置上都能通过变桨执行机构来调整自己的桨距角以适应外界的变化,这样就能够有效地降低由塔影效应和风切变效应等造成的载荷,还可以减小发电功率产生的波动。另外,考虑到浮式风机位于深远海海域,其工作环境复杂恶劣,维修人员往往需要乘坐船只达到指定维修地点,环境的恶劣和交通的不便大大增加了维修的难度,设计一款能对浮式风机进行监控的监控系统有着实际的参考作用。本论文以Spar式浮式风机作为研究的对象,研究了其独立变桨距的控制问题。本论文主要的研究工作有:（1）研究浮式风机流体动力学和空气动力学以及重要结构的动力学方程,进一步了解风机的运行过程和工作原理。（2）针对Spar式浮式风机的独立变桨系统,考虑了推进力矩和摩擦力矩等多种力矩对桨叶的共同作用,结合了不平衡载荷对桨叶产生的影响,建立了更为精确复杂的独立变桨非线性数学模型。（3）设计了RBF神经网络自适应跟踪控制方法,对Spar式浮式风机模型进行可靠的独立变桨控制,使得误差能够在人为设定的有限时间内收敛,维持了输出功率的稳定性。最后利用FAST-Matlab来搭建仿真专用的平台,仿真得出的图像进一步表明该控制方法的可靠性。（4）以由浮式风机和边缘智能设备所组成的边缘计算平台为基础,设计了一套浮式风机监控系统,实现对浮式风机的运行情况的监控和操作。

关键词：独立变桨距 RBF神经网络自适应控制 Spar式浮式风机监控系统

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3MW风机变桨距驱动系统设计

3MW风机变桨距驱动系统设计

作者：安占国沈阳工业大学

学位级别：硕士

变桨距驱动系统是风力机的重要组成部分,变桨距驱动系统的可靠性、快速性是变桨距风力机取代定桨距风力机的基础。本文以3MW风电系统为研究背景,设计了一种变桨距驱动系统,主要包括硬件和软件设计,并建立变桨距系统仿真模型,以计算机仿... 详细信息

变桨距驱动系统是风力机的重要组成部分,变桨距驱动系统的可靠性、快速性是变桨距风力机取代定桨距风力机的基础。本文以3MW风电系统为研究背景,设计了一种变桨距驱动系统,主要包括硬件和软件设计,并建立变桨距系统仿真模型,以计算机仿真的方式对所设计的系统进行仿真验证。最后,提出一种提高变桨距驱动系统可靠性的方法。通过分析变桨距驱动系统的结构和变桨力矩的特点,提出了变桨距系统的控制要求,根据变桨距的控制要求设计了变桨距驱动器硬件电路,包括主电路、检测电路、DSP外围电路、串行通信电路和后备电源及监测电路等,给出器件参数选取的方法和器件型号选取的原因;设计了软件控制结构,包括主程序、PWM波产生程序、双闭环控制程序和串行通信程序等。为了验证变桨系统设计的合理性,建立了变桨距系统仿真模型,包括变桨距力矩模型和变桨距驱动系统模型。分别以PID和Fuzzy-PID为位置调节器对电路器件参数、调节器的采样时间、双闭环的采样时间等参数的设定进行了验证。最后,为了提高风力发电系统中变桨距驱动器的可靠性,提出了以检测IGBT导通压降为基础,采用新息灰预测算法的变桨距驱动器故障预测的方法。该方法用IGBT导通压降的历史数据建立GM(1,1)灰预测模型,对IGBT将来时刻的导通压降进行预测,一旦IGBT预测导通压降超过阈值,系统报警并收桨,提高风机收桨可靠性。提出自动变步长灰预测的方法,并通过实验数据得出选取步长的经验公式。实验结果表明等维新陈代谢灰预测可有效预测出IGBT导通压降,可提高风机收桨的可靠性。

关键词：独立变桨距模糊增益自调整PID 等维灰色预测

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风力发电系统的变桨距控制

风力发电系统的变桨距控制

作者：路阳东北大学

学位级别：硕士

能源与环境已成为21世纪人类面临的首要问题。风能因具有可再生、无污染、低成本等优点,正受到世界各国的重视。高效而可靠的风力发电机的研究与开发已经成为能源技术领域的热点和难点。由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点... 详细信息

能源与环境已成为21世纪人类面临的首要问题。风能因具有可再生、无污染、低成本等优点,正受到世界各国的重视。高效而可靠的风力发电机的研究与开发已经成为能源技术领域的热点和难点。由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点,所以对风力发电机,尤其是大型机组控制技术的深入研究具有十分重要的现实意义。本文以兆瓦级风力发电机为依托,对大型风力发电机变桨距控制技术进行了较深入的探讨。本文首先从风力发电机桨叶的空气动力学理论入手,通过对变桨距控制的工作过程及作用分析可知,风力发电机的变桨距控制与定桨距控制相比,当风力发电机在额定风速以上运行时,变桨距控制不但可以确保高风速段的恒功率输出,而且可以减少机械部件的损耗以及机械振动对系统的影响。为了满足风力发电机的恒功率控制要求,对其模型在运行工作点处进行了线性化处理,从而实现了风力发电机变桨距的PID控制。而独立变桨距控制由于可有效减少因风速随高度发生迅速变化而产生的风力发电机巨大的轮毂载荷,已成为目前研究的热点。但独立变桨距风力发电机控制系统存在非线性、多变量等特点,并且三个桨叶的控制命令不是随机分配,三个桨叶的控制存在一定的耦合关系,采用传统的PID控制器难以实现对独立变桨距风力发电机进行控制,因此本文提出一种基于载荷优化权系数的风力发电机模糊独立变桨距控制器,针对独立变桨距风力发电机设计了模糊控制器,并建立了轮毂载荷的目标函数,实现了基于载荷优化的权系数分配,使风力发电机独立变桨距系统可以根据桨叶所受风速,为每个桨叶分配不同的桨距角控制命令,从而可以有效地减少各桨叶合力所产生的轮毂载荷。仿真结果表明,本文提出的控制算法解决了风力发电机在额定风速以上的恒功率控制,减少了风力发电机的非线性对系统的影响,并且通过与传统PID统一变桨距控制系统相比较,该系统不仅抗扰能力强,控制精度高,而且有效地减少了风力发电机的轮毂载荷。

关键词：风力发电机变桨距控制独立变桨距模糊控制载荷优化权系数