摘要：针对大型风电机组的不平衡载荷的突出问题,提出基于前馈-反馈结构的多变量二次高斯函数(LQG)最优独立变桨距控制策略。多变量控制器由LQG最优控制器和基于风速信号估计的前馈扰动补偿控制器组成。针对系统的随机不确定性,设计了多变量LQG最优反馈控制器;而前馈控制器侧重于补偿风速低频分量对风轮力矩的影响。采用扩展卡尔曼滤波器来实现对系统状态及有效风速的俯仰方向和偏航方向分量的无差估计。仿真结果表明,与传统的标量PI独立桨距控制相比,多变量LQG最优独立变桨距控制策略具有更好的减载效果。

摘要：主要研究了漂浮式海上风力发电机组的独立变桨距控制技术。首先概述了当前海上风电的发展情况,重点介绍漂浮式海上风力发电机组,分析了漂浮式平台的流体动力学和运动学特征,建立了平台的模型方程。借鉴陆上风力发电机组独立变桨距控制器的控制策略,将平台的纵摇、艏摇和发电机的输出功率作为变桨距控制器的控制目标,针对风力发电机的非线性设计了专家PID控制器,利用d-q坐标变换技术将控制量分配到3个桨叶。为了验证控制器的可行性,在国外成熟的风力发电机非线性模型FAST上进行仿真试验,将结果与不对平台运动进行控制时和采用统一变桨距控制器时的结果进行对比,对比结果表明独立变桨距技术能有效减小平台的纵摇运动,并且对输出功率的影响较小。

摘要：研究在全工况下如何通过独立变桨距来减小机组关键零部件的疲劳载荷,考虑风剪造成的1 P不平衡载荷,采用LQR方法设计风力发电机的独立变桨距控制器,由于单纯采用基于状态空间的独立变桨距控制导致系统鲁棒性较差,因此引入带增益调度的统一变桨距控制,在统一变桨距的基础上附加独立变桨距。以5 MW变速变桨距风力发电机组为验证对象,基于NREL开发的FAST软件与Matlab 7.1/Simulink平台,在Simulink中实现风力发电机控制,并将控制信号返回FAST进行风力发电机的非线性仿真,在全工况下对独立变桨距控制策略与统一变桨距控制策略进行仿真验证。结果表明:相对统一变桨距控制,所提出的在全工况下带增益调度的独立变桨距控制,在保证额定转速下保持稳定的电功率输出的同时,能有效降低零部件疲劳载荷。

摘要：针对风力发电系统不确定性、强非线性、建模难度大等给控制器设计带来困难的问题,将数据驱动与最优控制相结合以实现风力发电系统的载荷优化控制;根据风力发电系统的输入输出数据,获取马尔科夫参数,从而构建基于数据驱动的状态观测器,最终得到系统的最优反馈控制器。结果表明:该控制器的设计仅利用采样得到的输入输出数据,即可解决存在不确定性系统模型的控制问题;所设计的控制策略明显减小了风力发电系统的疲劳载荷,保证了系统的稳定性和动态性能。

摘要：对风力发电系统独立变桨距控制原理进行阐述。建立了风力发电机组桨叶载荷的数学模型,利用Coleman坐标变换实现了将桨叶上的载荷转换成轮毂处倾斜方向和偏航方向的疲劳载荷,并且实现了二者的解耦,简化了控制器的设计;之后利用Coleman逆变换实现了桨距角的微调。该控制系统根据随机风速的变化,利用独立变桨控制对风力机桨叶桨距角进行实时调节,以达到减小风电机组关键部件载荷的目的。仿真结果表明,当风速达到额定值以上时,该控制策略在统一变桨距控制的基础上,不仅保证输出功率近似相等,而且减小了桨叶所承受的疲劳载荷,也减小了风力机组其他关键部件的疲劳载荷。

摘要：主要研究了独立变桨距风力发电机的系统辨识技术。针对风力发电机系统的非线性,以风速为依据将运行过程分为若干工作点,对每个工作点的线性模型进行辨识;针对独立变桨距控制输入输出的周期性变化,将节距角信号分解为平均分量和差动分量,并将3个周期变化的差动分量通过d-q坐标变换转换为时不变的d轴分量和q轴分量;针对辨识过程中的有色噪音,采用增广的最小二乘法(RELS)对系统进行无偏一致的估计。辨识实验的对象采用成熟的非线性风力发电机模型FAST,在Matlab/Simulink中搭建了辨识实验系统。模型验证结果显示,辨识模型在工作点能很好地拟合原系统的特性,同时也可看出,辨识模型实现了对输入输出的自动解耦,可方便地进行变桨距控制器设计。

摘要：基于结构奇异值μ理论,针对大型风电机组柔性结构不确定性,提出动态载荷控制系统的鲁棒控制器设计方法。考虑结构的模态参数不确定性和高阶未建模动态,通过选取适当加权函数分离出系统的不确定部分,设计独立变桨距鲁棒μ控制器,用DK迭代算法求解控制器,以使闭环系统同时满足鲁棒性和稳定性要求,利用Matlab/S4WT软件进行仿真试验验证,仿真结果表明对载荷振动有很好的抑制效果。

摘要：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。