基于定桨距变速风力发电机的转速控制器设计研究
变速变桨风力发电机控制研究
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变速风力发电机组调频控制策略研究
变速风力发电机组调频控制策略研究摘要：随着大量变速风电机组大规模并网，削弱了电网系统的转动惯量，系统频率越来越难控制，函待解决变速风力发电机组调频功能规模推广与规程制定，本文通过从风电场、风机设备两层控制网的改造，介绍了风力发电机组利用虚拟转动惯量、变速变桨距、下垂控制实现调频的策略，在试验结果中总结出风力发电调频控制的特点及矛盾，指出了未来风力发电调频控制发展方向。
关键词：变速风机；风力发电；一次调频；风电AGC一、前言由于传统的变速风电机组控制系统使其机械功率与系统电磁功率解耦，风力机转子无法对系统频率变化做出快速有效的响应，因此传统的变速风电机组几乎没有为系统贡献其转动惯量。
因此，我国内蒙古、新疆等地的大量变速风机的并网削弱了电网转动惯量，这类电网频率越难控制。
传统电源的频率响应控制较成熟，如何利用风力发电提高电力系统的频率稳定性己成为一项重要而迫切的任务，然而，风电频率响应的功能及电网对风电频率响应的要求仍然空白，是未来风力发电大规模并网应用及其在电力系统占到一定比例函待解决的问题。
二、风电一次调频控制实现策略风电AGC系统是由风电场、风机设备两层控制构成的。
其中，风电场层：负责实时监测全部机组运行状态，依据系统调度要求对各台风电机组下发风电场层调度指令；风机设备层：根据风电场层下发的有功调度指令，通过控制转速及变桨机构使功率输出稳定，实现风电机组负荷控制。
为实现一次调频控制功能，需利用风电场控制策略中自动发电控制系统（AGC）把频率偏差转换为下垂控制的指令下发至风机，改变机组出力达到调频目的。
从风电AGC的两层控制分别进行策略改造，能够从不同角度实现风电一次调频功能。
2.1改造风电场层自动发电控制平台作为机组层的自动发电控制，既然具备依据调度指令改变出力的能力，于是可根据测量装置测得的实时频率信号确定调频负荷变量，把该负荷变量叠加至AGC目标指令，从而实现风电机组一次调频负荷响应，并需提高自动发电控制系统的调节速度和响应时间，且根据试验分析的需求提高数据记录的频次。
基于预测控制的风电机组变速设计与优化
基于预测控制的风电机组变速设计与优化随着世界对清洁能源的需求越来越高，风能作为一种可再生的清洁能源逐渐受到人们的重视。
而在风能的利用中，风力发电机组是关键的组成部分。
对于目前越来越多的大型风电场而言，如何设计和优化风力发电机组的变速控制系统就显得尤为重要。
本文将介绍一种基于预测控制的风电机组变速设计与优化方法。
1.背景风力发电机组的变速控制系统主要用于控制风轮转速，以调整发电机的转速和电功率输出。
然而，传统的PID控制方法在应对风电机组的复杂非线性和时变特性时面临着许多困难和挑战。
因此，基于模型预测控制的方法被广泛应用于风力发电机组的变速控制中，以提高系统的性能和鲁棒性。
2.基于预测控制的风电机组变速设计和优化2.1 系统模型在应用基于预测控制的方法之前，首先需要建立适当的系统模型。
常用的模型包括基于功率曲线的状态空间模型和基于领域知识的仿真模型。
在这两种模型中，基于功率曲线的状态空间模型更加精确和可靠，并且可以用于系统控制器的设计和优化。
2.2 控制器设计基于预测控制的控制器包括模型预测、优化和控制三个部分。
其中，模型预测部分主要是根据系统模型进行仿真预测，并将预测结果传递给优化模块。
优化模块可以使用不同的优化算法，如传统的精确优化算法和启发式算法等，以寻找最优的控制输入。
在控制部分，根据优化结果生成最终的控制指令，并将其输出到风电机组的调速器中。
2.3 控制器优化控制器的优化是基于预测控制的风电机组变速设计的关键步骤之一。
不同的优化算法可以对系统性能和鲁棒性产生不同的影响。
例如，一些精确的优化算法可以使控制器的性能达到最佳水平，但是在面对复杂的非线性和时变性时可能变得脆弱和敏感。
启发式算法可以更好地解决这些问题，并在部分参数空间中产生更鲁棒的控制器。
3.案例研究为了验证基于预测控制的风电机组变速设计和优化方法的有效性和实用性，本文以一台2 MW装置的直驱式风力发电机组为例进行仿真研究。
在仿真实验中，控制器根据系统模型和控制参数进行仿真并进行多次模拟优化迭代。
风力发电机组变桨距控制策略
2023-11-10CATALOGUE 目录•风力发电机组简介•变桨距控制策略的基本理论•变桨距控制策略的实现方法•变桨距控制策略的优化方法•变桨距控制策略在实际中的应用及案例分析01风力发电机组简介风力发电机组的基本构造风力发电机组的核心部件，由叶片和轮毂组成，用于捕捉风能并将其转化为机械能。
风轮齿轮箱发电机塔筒连接风轮和发电机的重要部件，将风轮的转速提升到发电机所需的速度。
将机械能转化为电能的重要部件，由定子和转子组成。
支撑风轮和发电机的高耸结构，通常由钢铁或混凝土制成。
风力发电机组通过旋转的风轮捕捉风的动能，并将其转化为机械能。
风的捕捉机械能的转化电能的产生机械能通过齿轮箱的传递，将转速提升到发电机所需的速度。
发电机将机械能转化为电能，通过电缆输送到电网。
03风力发电机组的运行原理0201按风向分类水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。
水平轴风力发电机组的风轮轴与地面平行，而垂直轴风力发电机组的风轮轴与地面垂直。
风力发电机组的分类按容量分类小型、中型和大型风力发电机组。
小型风力发电机组的功率通常在几百瓦到几千瓦之间，中型风力发电机组的功率在几兆瓦到几十兆瓦之间，而大型风力发电机组的功率通常在几百兆瓦到几兆瓦之间。
按运行原理分类恒速风力发电机组和变速风力发电机组。
恒速风力发电机组的风轮转速保持不变，而变速风力发电机组的风轮转速可以根据风速进行调整。
02变桨距控制策略的基本理论变桨距控制是一种用于调节风力发电机组功率输出的技术，通过改变桨叶的桨距角实现对风能捕获的优化控制。
在风速较高时，通过减小桨距角增加风能捕获，以提升发电机组的功率输出；在风速较低时，通过增大桨距角减小风能捕获，以避免过度捕获风能导致发电机组振动和疲劳损坏。
变桨距控制的概念和意义变桨距控制系统的基本结构变桨距控制系统主要由传感器、控制器和执行器组成。
传感器负责监测风速、风向和发电机组运行状态；控制器根据传感器信号和预设的控制逻辑对执行器进行指令输出；执行器根据指令调整桨叶的桨距角。
变速风力发电系统变桨距控制的研究的开题报告
变速风力发电系统变桨距控制的研究的开题报告一、选题的背景和意义随着现代工业的不断发展，能源需求不断增加，但化石能源的枯竭及其对环境的污染已经引起了全球性的关注。
在这种形势下，发展可再生能源成为全球共识。
而风能作为一种常见的可再生能源，其应用已经在全球范围内逐渐增加。
然而，由于风速和风向的变化，风力发电系统所产生的电力也不断发生变化。
为了提高风力发电系统的效率，必须对风力发电系统中的变速控制系统进行深入研究。
其中，变速风力发电系统中的变桨距控制是至关重要的环节，它能够通过调整桨距，实现风机的最优工作状态，提高风能利用率，并减少在风速变化时的机械损伤。
二、选题的研究现状目前，国内外对于风力发电系统中的变速控制系统进行了大量的研究。
在变桨距控制方面，一般采用基于最大功率点跟踪（MPPT）的控制方法。
其中，最常见的方法是使用PID控制器来调节桨距，实现风机输出功率的最大化。
此外，一些基于模型预测控制（MPC）或者神经网络控制的方法也被应用于变桨距控制中。
三、选题的研究内容和目标本研究将以变速风力发电系统中的变桨距控制为重点，研究其在风速变化情况下的最佳控制策略，并探究该策略对风力发电系统性能的影响。
具体研究内容包括：（1）针对变速风力发电机的建模，建立数学模型。
（2）深入研究变桨距最大功率点跟踪（MPPT）控制策略，并将其运用于变速风力发电系统中，以实现系统的最大能量效率。
（3）采用基于模型预测控制（MPC）的方法，针对风速变化的情况下，设计适用于变桨距控制的预测模型以及控制策略。
（4）通过仿真实验，对比不同变桨距控制策略下的风力发电系统性能，分析所提出的控制策略的优缺点。
本研究的目标在于：通过改进变桨距控制方法，提高风力发电系统的能量利用效率，为风力发电的发展提供理论基础和技术支持。
四、选题的研究方法和技术路线本研究采用仿真实验的方法，以MATLAB/Simulink为主要工具，建立变速风力发电系统的数学模型，设计变桨距控制策略，并进行仿真实验验证。
变速变桨距风力发电机组控制方法研究
在 风 速较 低 ， 电机输 出功率 未 达 到额定 功 率 发 时， 应尽 可能将 风 能转 化 为 输 出 的电 能 。从 图 １可 以看 出 ， 在桨 叶节距 角 卢＝ 。 ， ０ 时 Ｃ 相对 最 大 （ 由于
桨 叶形 状设计 ， 一般 节距 角 卢＝３ 时 ， 大 ） 。 Ｃ能全 部被 风轮 吸收利用 。 由空 气 动力学 方面 的知识 可得 风力 机 的机 械输 出功率 ：
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使 输 出功率稳 定在额 定功 率附近 。
式中： ｐ为空 气 密 度 ； 为风 轮 半 径 ； 为风 速 ； Ｒ ｔ Ｊ Ａ为 叶尖速 比 ； 为桨 距角 ； 为风轮 旋转 角速 度 ；Ｄ ｔ ｏ ｃ 为 风 能利用 系 数 ， 是 叶 尖 速 比 Ａ 和 桨 距 角 卢 的 函 它 数。 （ 卢 ０２（ Ａ，）： ．２
第２ ６卷
第 ２期
甘肃科 技
Ｇａ ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｎ ｕ Ｓｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ
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２１ ０ ０年 １月
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变 速 变 桨 距 风 力发 电机 组控 制方 法研 究
雷晓梅
（ 兰州交通大学 ， 甘肃 兰州 ７０ ７ ） ３０ ０
终结 果表 明 ， 控制 曲线与预期要求一致 。 关键词 ： 变速恒频 ； 风力机组 ； 变桨距控制 ； 仿真
中图 分 类 号 ：Ｍ ６ Ｔ ７１
② 对于 任意 的叶尖 速 比 Ａ， 叶节 距角 ＝ 。 的风 桨 ０时
１ 风力机空气动力学特性分析
在外界 风力 的作 用下 ， 轮旋转 产生机 械能 ， 风 带
永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的研究的开题报告
永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的研究的开题报告一、选题背景风力发电是一种清洁能源，在近年来得到了广泛的应用。
目前，永磁直驱风力发电机组已成为风力发电机组中的主流，具有功率密度高、转速高、噪音低、启动性好等优点。
同时，在风力发电系统中，变速变桨距控制技术能够使发电机组实现最大化输出功率和风能利用率。
因此，永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的研究具有重要的理论价值和实际应用价值。
二、研究内容本文选取永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术为研究内容，具体考虑以下几个方面：1. 永磁直驱风力发电机组结构特点的分析与设计2. 风能转化特性与功率输出特性的研究3. 变速控制原理与算法的研究4. 桨距控制原理与算法的研究5. 永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制系统的建立与仿真分析三、研究意义本研究的意义在于：1. 以永磁直驱风力发电机组为研究对象，对其结构特点进行分析与设计，以期更好地实现其功能。
2. 研究风能转化特性与功率输出特性，为探讨变速变桨距控制技术奠定基础。
3. 探讨变速控制原理与算法，为实现发电机组的最大化输出功率提供技术保障。
4. 探讨桨距控制原理与算法，为实现发电机组的风能效率提供技术保障。
5. 建立永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制系统，并对其进行仿真分析，为实际应用提供参考。
四、研究方法本研究采用以下研究方法：1. 文献调研，了解永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的基本概念、研究进展和国内外相关研究现状。
2. 研究永磁直驱风力发电机组的结构特点及其风能转化特性与功率输出特性，以期更好地探讨发电机组变速变桨距控制技术。
3. 探讨变速控制原理与算法，以实现发电机组的最大化输出功率。
4. 探讨桨距控制原理与算法，以实现发电机组的风能效率。
5. 借助仿真软件建立永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制系统，并进行仿真分析，为实际应用提供参考。
五、预期结果1. 对永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的理论基础和操作技术有较为深入的了解。
变速变桨距风力发电系统功率优化与控制方法研究
变速变桨距风力发电系统功率优化与控制方法研究现代社会能源问题日渐严重和生态环境问题频发,开发利用可再生能源对改善生态问题有着极为重要的作用。
其中风能具有分布广泛、储量丰富和利用方便等特点,成为现阶段发展速度最快和最具有发展前景的可再生能源之一。
风电技术中风力发电系统的功率优化与控制方法研究也成为研究的重点。
选用双馈风力发电系统为研究对象,通过分析风力发电系统的基本组成结构和运行状态,提出了全风速段双模控制策略。
并且建立了变速变桨距风力发电系统的数学模型和模拟风速的仿真模型,为验证控制策略的有效性提供仿真环境。
针对风力发电系统在额定风速以下运行时的最大风能捕获问题,分别采用爬山搜索法和改进极值搜索法进行风电系统的最大风能捕获控制。
改进极值搜索法通过运行点相位信息来进行搜索,并通过改进积分器实现变步长快速追踪稳定运行的控制目标。
仿真结果表明:改进极值搜索法能够使系统快速地跟踪风速变化,保持最佳叶尖速比,提高了风能利用系数和风能的利用效率。
针对风力发电系统在额定风速以上运行时保持恒功率运行问题,分别采用常规PID和模糊自适应PID变桨距控制。
通过模糊控制器来实时整定PID控制器的三个参数,提高了变桨距控制系统的动态响应特性,使系统的输出功率更加稳定,同时降低了系统的机械载荷,保证了风电系统的平稳安全运行。
针对风力发电系统的功率优化与控制问题,提出了在全风速段以两种控制模式运行的控制策略。
对风力发电系统的运行风况进行以额定风速为准的高低两种风况的判别,低风速段采用基于改进极值搜索法的最大风能捕获控制;高风速段采用基于模糊自适应PID变桨距控制。
通过仿真效果来看,针对不同的风况条件,实现了风力发电系统功率的优化与控制,能够使系统快速响应,有效提高了风能利用效率和恒功率运行的稳定性,既提高了风力发电系统经济效益又保证了安全稳定运行。
图36幅;表8个;参44篇。
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基于定桨距变速风力发电机的转速控制器设计研究由于定速风力发电机组在额定风速以下运行时的效果不理想,到了20世纪90年代中期,基于变距技术的各种变速风力发电机组开始进入风电场。
变速风力发电机组的控制系统与定速风力发电机组的控制系统的根本区别在于,变速风力发电机组是把风速信号作为控制系统的输入信号来进行转速和功率控制的。
变速风力发电机组的主要特点是:在低风速区,它能跟踪最佳功率曲线,使风力发电机组具有最高的风能转换效率;在高风速区,它能维持机组额定功率运行,使输出功率更加稳定。
本文以定桨距变速风力发电机为研究对象,介绍了基于永磁同步发电机的定桨距变速控制策略。
采用电流内环转速外环的PI控制方法,通过控制定子电流来控制电磁转矩的大小,进而实现对转速的调节,使得发电机在低风速区能够实现最大功率跟踪、高风速区能够维持功率恒定。
使用简单的PI控制器能增强系统的稳定性,并且易于数字化实现。
本文采用空间电压矢量控制(SVPWM)技术,SVPWM技术是近年来比较新颖的
控制技术,它从三相输出电压的整体效果出发,着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。
SVPWM技术与传统的SPWM技术相比较,绕组电流波形的谐波成分小,电机转矩脉动低,旋转磁场更逼近圆形,而且直流母线电压的利用率有了很大提高,还易于数字化实现。
本文在总结前人变速控制理论的基础上,进行了RTLAB半实物仿真实验,进一步验证变速控制策略的可行性。
详细介绍了变速风力机控制器的软件编程步骤,从整体设计软件流程图到局部的算法编写,逐一阐述。
重点介绍了滤波算法、PI控制算法和SVPWM控制算法。
设计了风力机控制
器的硬件电路,给出了具体的电压转换模块、DSP模块、PWM输出模块的电路图。
通过RTLAB硬件在环仿真实验证明本文研究的变速控制策略能够同时实现风力发电机在低风速区的最大功率跟踪和高风速区的恒功率运行。
充分显示定桨距变速风力发电机具有低成本及高效的特点。