变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化

讨论了大型变速变桨风电机组在额定风速以上如何减小系统超调量以及降低机组载荷。根据风电机组的强非线性特点,采用基于模糊免疫PID的桨距控制策略,以减小发电机转速波动,改善功率品质。针对风电机组的塔架前后和侧向振动以及传动链扭转振动,提出了桨距、转矩阻尼滤波和加速度反馈等控制方式。通过Bladed外部控制器模块编程并进行仿真,结果表明所提出的控制策略能够改善变桨距控制的动态特性,降低关键部位载荷。     

基于功率和载荷协调的变桨距控制策略

风力机启动阶段变桨距实现最佳力矩,额定风速以上时变桨距实现恒功率控制。正常情况下变桨距过程引起的载荷变化不会超过设计阈值范围。但是,当风电机组设备老化疲劳后载荷阈值可能会下降,出现超载荷运行的现象,危害机组安全。本文在建立风电机组数学模型的基础上,分析了桨距角和载荷的内在关系,提出了功率和载荷协调的变桨距控制策略。当风电机组超载荷运行时,改变常规的变桨距控制策略,调整桨距角,优化变桨速率,以降低风电机组输出功率为代价,减小风电机组载荷,保证风电机组安全稳定运行。采用GH Bladed建模仿真,其仿真结果证明了控制策略的可行性和有效性。     

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。     

双馈式变速变桨风电机组的桨距控制

针对大型双馈式变速变桨(variable-speedandvariable-pitch,VSVP)风力发电机组在额定风速以上如何维持输出电功率稳定和降低塔架振动等问题,对其控制技术进行研究。在研究传统变桨距控制策略的基础上,提出非线性转矩的统一变桨距控制策略。针对风电机组的塔架前后和侧向振动,提出基于加速度反馈的桨距和转矩阻尼滤波控制方式。以2 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对该控制策略与传统的变桨距控制策略进行仿真比较。结果表明:所提出的控制策略能够稳定电功率输出,降低塔架振动和载荷。     

基于LQG的独立变桨控制技术对风电机组气动载荷影响研究

基于多体动力学理论建立风力发电机组动力学模型,针对风轮载荷分布不均问题,在传统变桨距控制策略的基础上,提出基于线性二次高斯算法(LQG)的独立变桨距控制策略,并在Matlab/Simulink中构建控制模型,实现风力机系统的联合仿真,对提出的控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。研究结果表明:文中提出的独立变桨控制技术不仅可以实现功率控制,而且有效地降低了风电机组关键部件的疲劳载荷。在载荷优化方面比传统PI控制器效果更明显,更适合大型风电机组变桨距控制。     

基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略研究

针对风切变和塔影效应引起的风力机气动载荷周期性波动,展开风电机组独立变桨距控制策略研究。基于叶素动量理论进行风轮叶片气动建模,在Matlab/Simulink平台上编程实现叶片气动载荷计算模型,并与GH Bladed仿真结果进行对比分析。提出了基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略,根据方位角反馈设置动态权系数,周期性调节每支叶片的桨距角,并在此基础上增加了叶根挥舞载荷PID控制环节,以微调修正桨距角。基于Matlab/Simulink和GH Bladed平台进行仿真分析,结果表明,该联合反馈控制策略可有效平缓周期或随机性的叶片挥舞载荷波动,而且对于减小风轮不平衡载荷以及降低风力机疲劳载荷有较好的效果。     

基于改进DE算法的兆瓦级风机独立变桨控制

针对兆瓦级风电机组在额定风速以上的气流扰动时出现的载荷不平衡现象,提出了基于改进DE算法的独立变桨距控制策略。利用DE算法能够较快进行全局寻优的特点,缩小PID参数的搜索范围,提高动态响应能力。通过改进DE算法以改善其局部搜索能力,使调节过程具有较强的自适应性,从而得到最优的桨距角控制结果。最后,采用Matlab和Fast软件作为测试平台,对2 MW的独立变桨机组进行了仿真。结果表明,所提独立变桨控制策略能够有效降低机组在扰动情况下的载荷,缓解机组疲劳程度、延长机组寿命,有利于稳定输出功率,从而提高运行效率。     

考虑定桨距和变桨距风机联合控制的风电场有功功率控制策略

风电出力的随机性对电网运行带来不利的影响,随着大规模风电接入电网,电网公司要求风电场必须具备一定的有功功率调节能力。考虑到目前部分风电场定桨距风机和变桨距风机并存的现状,提出了一种考虑定桨距和变桨距风机联合控制的风电场有功功率控制策略。首先根据风电间接功率预测方法分析风电场可调有功功率潜力,并通过优先调整变桨距风力发电机组出力来减少定桨距风机的启停次数,且所提策略仅在变桨距机组无法满足功率调节要求时,对定桨距风机进行启停控制。提出的定桨距风机启停算法考虑选择影响较小的风电机组进行启停控制,以尽可能减小系统控制的超调量。以内蒙古某风电场实测数据进行算例分析,结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于功率变化和模糊控制的风力发电机组变速变桨距控制

由于风速测量的不准确性以及很难获得风力发电系统的精确模型,故采用传统的PID控制器难以在风速快速变化的情况下实现良好的控制效果.文中提出将风力发电机组输出功率变化情况作为变桨距执行机构工作的判断依据和控制策略,并根据该策略,进一步提出了基于模糊控制的变速变桨运行控制方法.通过构建仿真模型,按照基于功率变化判断的控制策略分别对变速变桨与工程上常规的匀速变桨进行了仿真比较研究.仿真结果表明,所提出的不依赖于风速测量和精确系统数学模型的控制策略,可以很好地稳定风电机组输出功率,且相对于匀速变桨控制,变速变桨控制方法一方面更好地将机组输出功牢稳定在额定值,另一方面可以减轻变桨距执行机构的疲劳度,减少部件间的磨损,这对于延长变桨执行机构的工作寿命、降低其故障发生率以及维持整个风电机组安全稳定运行具有重要意义.     

大功率变速恒频风电机组功率速度控制滤波器设计及其载荷优化

本文讨论了大功率变速恒频风电机组提升功率品质和降低关键部件载荷问题,结合机组桨距控制与转矩控制设计了功率速度控制器,并根据机组强非线性特点在桨距控制中设置增益调度。为了提升功率品质和缓解机组关键部件机械载荷,针对塔架振动和传动链扭转振动,在功率速度控制器基础上进一步设计了Notch滤波器和附加转矩滤波器,在Bladed平台上进行了2 MW机组仿真验证,结果表明,该设计方法能够减小机组的塔架和传动链扭转振动,并最终能够提升机组的功率品质和优化载荷。应用于实际风场的运行中,控制效果优异。     

变速变桨风电机组阵风控制策略

本着在阵风工况下,变桨控制器提前动作与快速动作的原则,结合变速变桨控制算法基本结构,在基本变桨控制器上增加功率桨距角发电机转速控制环,使桨距角能够在额定功率以下提前动作;在桨距角发电机转速控制环的比例项中增加非线性增益因子,使得变桨控制能在阵风下快速动作。仿真分析与现场测试结果表明,这2个阵风控制策略能有效地抑制与减少风电机组发电机由于超速带来的停机,一定程度上可以提高风电场发电量,降低风电机组机械载荷,提高电网稳定性。     

异步电动机变频调速系统的转矩脉动

针对异步电动机变频调速系统运行时出现的转矩脉动现象,在对已有调制模式进行研究的基础上,建立了计及逆变器死区时间后异步电动机系统的整体数学模型,对系统运行于不同调制模式下的转矩脉动进行研究,得出了改进梯形脉宽调制(MTPWM)模式减少转矩脉动效果最佳的结论。     

The electric variable transmission

First, an electromechanical converter with two mechanical ports and one electrical port (consisting of two concentric machines and two inverters) is considered. This converter works as a continuously variable transmission between the mechanical ports and may, e.g., replace the clutch, gearbox, generator, and starter motor in a motor vehicle. The working principle of this converter is explained. Next, a new converter, the electric variable transmission (EVT), is presented. This converter has similar properties, but is smaller and lighter. The EVT may be seen as built up from two concentric induction machines with a combined relatively thin yoke. Thus, we obtain one electromagnetic device instead of two magnetically separated devices. The working principle of the EVT is explained, and its losses are discussed.     

基于DSP的SVPWM矢量控制数字化变频调速系统研究

阐述了电压空间矢量脉宽调制和矢量控制的基本原理 ,并用DSP实现了对调速系统的全数字化控制 ,实验结果表明该系统具有优良的动静态性能     

离散变结构控制系统的广义变速趋近律

为了研究离散变速趋近律的稳定参数区域,依据离散变速趋近律滑模的特点,得出了离散变速趋近律渐近稳定的充分条件,依照此条件获得了变速趋近律各个参数的具体范围,进而提出了广义离散变速趋近律的概念,同时也给出了其保证系统稳定的参数范围,设计了两个离散系统的广义变速趋近律的控制方案。仿真结果表明,得出的参数范围能保证系统渐近稳定。     

Stabilizing control of variable impedance power systems: Applications to variable series capacitor systems

In future electric power systems, it will be very important to utilize existing ac networks more effectively with the help of power electronics technology. It has become clear that various types of apparatus utilizing such power electronics technologies as variable series capacitors (VSrC) and high-speed phase shifters (HSPS) can improve transient stability and damping in one-machine, infinite-bus power systems. This paper presents a novel control scheme for variable impedance apparatus such as VSrC and HSPS devices in multi-machine power systems. First, this paper describes a comprehensive approach for control design of VSrC and HSPS apparatus. The proposed control scheme is based on the energy function of multi-machine power systems. The controllers are designed so that the time derivative of the energy function has a smaller negative value than that without controllers. In this sense, the present method assures the improvement of first-swing stability and damping. Next, the proposed control scheme is applied to VSrC apparatus. Digital simulations and eigenvalue analysis are conducted for a three-machine loop system and a five-machine radial system to demonstrate the effectiveness of the proposed method. The results make it clear that the proposed controllers for VSrC can significantly improve both the transient stability and the steady-state stability of power systems.     

优秀的节电产品——变频调速器

文章介绍了变频调速器的简单原理、特点、节电效果以及在我局的应用情况。围绕变频调速器与异步电动机相结合而实现的调速问题,说明了变频调速器在电机调速领域中无法比拟的优良品质,特别强调了变频调速所实现的节能,对于轻载运行、负载大幅度变化的设备有非常明显的节电效果。通过对桥电老厂排粉机电机的变频改造的总结,进一步肯定了变频调速器广阔的应用前景。     

变速变桨风力发电机组塔架的侧向振动控制

针对结构阻尼很小的大型兆瓦级变速变桨(Variable Speed and Variable Pitch,VSVP)风力发电机组如何抑制塔架的侧向振动问题进行研究,提出在控制器的设计中,借助反馈增益并使用塔顶振动加速度测量值来确定附加的电机转矩设定点,并在反馈控制回路中使用椭圆带通滤波器和切比雪夫低通滤波器,进而改善塔架侧向振动阻尼。以某5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对该控制策略进行仿真验证。结果表明:所提出的控制策略能够有效降低塔架的侧向振动位移,且对叶轮转速和电机扭矩没有太大影响。