风机控制策略优化研究项目——开题报告
风能转换系统的分析、控制与优化方法研究的开题报告
风能转换系统的分析、控制与优化方法研究的开题报告一、研究背景随着全球能源需求的不断增加，传统能源的供给已经无法满足需求，并且会持续造成环境问题和气候变化。
因此，开发、利用和优化新能源技术已经成为现代社会发展的必然趋势。
其中，风能作为自然界存在的一种清洁、可再生的能源，具有潜力巨大的应用前景。
风能转换系统是实现风能利用的主要装置之一，可以将风能转换为电能、机械能等形式，其性能的稳定和优化对于风能发电的经济、安全运行至关重要。
目前，风能转换系统的研究主要集中在机械结构、材料、电机驱动等方面。
然而，在控制和优化方面的研究相对较薄弱，特别是针对大型风电场的运行控制、功率调节等问题都需要进一步深入研究和解决。
因此，本研究将集中探索风能转换系统的分析、控制和优化方法，旨在提高大型风电场的性能和效率，并为可再生能源的发展做出贡献。
二、研究目的和内容本研究的主要目的在于提出一种基于先进控制和优化方法的风能转换系统，具体研究内容包括：1. 风能转换系统的动态行为分析。
建立风能转换系统的动态模型，探究风机转子、机械传动系统和电气部分等对系统动态性能的影响，并对其进行定量分析。
2. 风能转换系统的控制方法研究。
设计针对风能转换系统的不同变量的控制方法，其中包括功率控制、风速控制、旋转速度控制等，采用先进的PID控制、模型预测控制等方法。
3. 风能转换系统的优化方法研究。
考虑风能转换系统的复杂性和不确定性，采用基于模型的优化方法进行优化，针对不同的优化目标建立相应的优化模型，并提出合适的优化算法。
4. 风能转换系统的性能评价。
根据实际的性能测试数据，评价风能转换系统的性能，分析控制和优化方法的效果，优化设计和控制方案。
三、研究方法和技术路线本研究采用的方法主要是理论分析、数值计算、仿真模拟和实验验证相结合的方法，具体技术路线包括：1. 系统建模与动态分析。
针对风能转换系统的机械部分、电气部分等进行建模，采用MATLAB/Simulink等软件进行动态分析和性能测试。
风机基础结构数值模拟及优化设计研究的开题报告
风机基础结构数值模拟及优化设计研究的开题报告一、选题背景和意义随着人们对环保的关注和对绿色能源的需求，风力发电逐渐成为了可再生能源的重要组成部分之一。
而风力发电系统中的风机则是实现能量转换的关键部件之一，风机基础结构是支撑风机运行的重要保障。
目前风机基础的设计方法主要依据经验方法，通过大量的试验和实践来摸索出最佳的设计方案，这种方式虽然得到了不错的结果，但同时存在着时间成本高、成本慢、模型存在误差等问题。
因此，通过数值模拟进行风机基础的优化设计，可以缩短研制时间，提高设计效率，降低成本，并且还能够达到更高的设计精度和安全性。
二、研究内容本研究主要通过数值模拟方法，对多种不同结构风机基础进行了力学性能分析，同时针对其缺陷、优点和特点进行了详细的评估和总结。
在此基础上，我们提出并比较了多种不同的优化方案，以期得到更优秀的设计方案。
具体研究内容如下：1.风机基础的力学行为分析：通过建立精确的有限元模型，计算分析不同风机基础在受到不同外力的情况下的力学行为，探究不同结构型式的风机基础性能变化规律。
2.存在的问题分析：在计算分析中，结合实验的数据，分析不同结构型式的风机基础存在哪些问题，总结结构的局限性。
3.设计优化：在分析比较的基础上，提出多种优化方案，并利用数值分析工具对其进行评估，确定最佳的设计方案。
三、研究方法和技术路线1.风机基础的力学行为分析基于有限元分析理论，建立风机基础的数值模型，通过ANSYS等有限元计算软件进行数值模拟。
利用控制变量法，针对不同的外力情况对风机基础模型进行力学行为模拟，并比较其性能变化。
2.存在的问题分析结合模拟数据和实验数据，对不同结构型式的风机基础进行分析和评估，发现优点和缺点，探究其局限性。
3.设计优化针对存在的问题提出多种优化方案，利用数值分析工具对其进行评估，确定最佳的设计方案。
四、预期成果通过本研究，预期得到以下成果：1.掌握风机基础数值模拟的理论和方法，熟练掌握ANSYS等计算工具。
风力发电系统中的风机控制策略研究
风力发电系统中的风机控制策略研究随着气候变化和能源需求的不断增长，风力发电作为一种可再生能源，在全球范围内得到了广泛应用。
然而，由于风力发电受风速变化、失速和悬停等因素的影响，风机的控制策略成为了提高发电效率和可靠性的关键。
本文将讨论风力发电系统中常用的风机控制策略，并从理论和实践角度探索其优势和挑战。
一、最大功率点追踪控制策略最大功率点追踪控制策略是风力发电系统中最常见的控制策略之一。
其核心思想是在不同的风速下调整风机的转速，以达到最佳发电效率。
为了实现这一目标，需要根据当前风速对风机的动力响应进行建模，并设计适当的控制算法来实时调整转速。
最大功率点追踪控制策略的优势是能够最大限度地提高发电效率，进而实现更好的经济效益。
然而，该策略在风速变化较快和失速等复杂气象条件下的性能仍然存在一定挑战，需要进一步的研究和改进。
二、失速控制策略失速是指风机叶片在风速超过一定临界值时失去升力而停转的现象。
为了避免失速对风力发电系统的影响，研究人员开发了一系列失速控制策略。
其中最常用的是变桨控制和液压刹车控制。
变桨控制通过改变叶片的角度来调整风机的升力系数，从而控制风机的转速。
液压刹车控制则通过施加刹车力矩来实现风机的停转。
这两种策略都能有效地应对失速现象，提高风力发电系统的可靠性和安全性。
然而，失速控制策略在实践中面临的主要挑战是如何准确地判断失速发生的时刻和风速，以及如何快速而精确地实施相应的控制措施。
三、风机群控制策略风机群控制策略是指通过协调多台风机的运行，以达到更高的风能利用率和系统可靠性。
在风力发电场中，通过合理地调整风机的发电功率和转速，可以实现风力资源的最优分配。
目前，常用的风机群控制策略包括功率间歇控制、功率分配控制和联合控制等。
功率间歇控制策略通过适时地启停风机来平衡发电功率和系统负荷之间的差距。
功率分配控制策略则根据风机的特性和电网负荷情况，动态分配风机之间的发电功率。
联合控制策略则将多台风机视为一个整体，通过相互之间的通信和协作来实现最优控制。
风力发电机组风机控制策略优化
风力发电机组风机控制策略优化随着环境保护意识的提高和清洁能源的重要性逐渐凸显，风力发电作为一种绿色、可再生的能源形式，受到了广泛关注和重视。
而风力发电机组作为风力发电系统的核心部件，其风机控制策略的优化对提高发电效率、延长设备寿命具有至关重要的作用。
本文将探讨风力发电机组风机控制策略优化的相关问题。
一、风力发电机组风机控制策略优化的意义风力发电机组的风机控制策略优化，对风力发电的发电效率、运行安全和设备寿命等方面具有重要意义。
通过优化风机控制策略，可以最大程度地利用风能资源，提高发电效率，降低发电成本，实现可持续发展的目标。
此外，合理优化风机控制策略还可以减少机组的磨损和损耗，延长设备的使用寿命，提高设备的可靠性和稳定性，降低维护成本和排放污染，减少对环境的影响，实现清洁生产与循环利用。
二、风力发电机组风机控制策略优化的方法1. 风速预测技术的应用：通过风速的预测，可以提前做好风机控制策略的调整，使风力发电机组能够更好地适应不同的风速变化，实现最佳发电效益。
2. 风机叶片角度控制：通过调整风机叶片的角度，可以实现对风机的输出功率和转速的控制，使风机在不同风速下实现最佳的输出效果。
3. 风机转速控制：对风机的转速进行控制，可以使风机在不同风速下运行在最佳状态，提高发电效率，延长设备寿命。
4. 风机并网控制策略：通过合理的风机并网控制策略，保证风力发电系统与电网的安全稳定运行，提高系统的整体效率。
5. 风机转矩控制：通过控制风机的转矩，可以实现对发电机的输出功率的调节，使风机在不同负载下运行更加高效。
通过以上的风机控制策略优化方法，可以实现风力发电机组在不同的风速条件下实现最佳的发电效益，提高系统的可靠性和稳定性，减少设备的损耗和故障率，降低维护成本，为清洁能源的发展做出更大的贡献。
三、风力发电机组风机控制策略优化的挑战和展望尽管风力发电机组风机控制策略优化有着重要的意义和广阔的应用前景，但在实际应用中仍然存在一些挑战和问题需要克服。
变速风力发电系统变流与优化控制研究的开题报告
变速风力发电系统变流与优化控制研究的开题报告一、选题背景和研究意义：随着全球经济的发展和能源需求的不断增加，可再生能源的开发和利用逐渐受到人们的关注。
风能作为一种广泛存在的可再生能源，已成为可再生能源中较为成熟和重要的一种资源。
在各类风力发电技术中，变速常数双馈风力发电技术具有广泛应用和较高的经济性，由于其转速具有可调节性，因此能够在不同的风速下保证风力发电机组的性能。
在风力发电机变速系统中，变流器控制电机的输出，并通过滤波器将电机输出的高频波形转换为直流电，最终输出给电网。
在变速双馈发电机中，双馈电机的定子绕组和转子绕组分别接在两个变流器的输出端，这样能够通过变流器的调节使得转速可以根据风速的变化完成调节，同时最大化发电机的输出功率。
因此，掌握变流器的性能和控制能力是实现变速风力发电机组最优化运行的关键，且在不同的工况下需要不同的控制策略。
因此，本文选取变速常数双馈风力发电技术进行研究，旨在探索其变流与优化控制方法，以实现风力发电机组的最大化功率输出，提高风电的发电效率。
二、研究内容和方法：1. 变流器的控制方法研究：根据双馈变速风力发电机的电气特性，研究变流器在不同电气工况下的控制策略，进而提高双馈电机的转速控制精度和风电机功率输出的稳定性。
2. 最大功率跟踪控制方法研究：利用MPPT算法控制风力发电机组的最大功率跟踪，实现风电机组在不同风速下功率输出的最大化，并分析系统的稳定性和控制策略。
3. 优化控制方法研究：针对变速常数双馈发电机的速度模型建立，利用模型预测控制方法，开发优化控制算法，实现风力发电机组的最优控制，以提高风电的发电效率和整体性能。
4. 系统仿真分析：根据得到的控制方法，基于MATLAB/Simulink平台，建立变速常数双馈风力发电系统的仿真模型，分析系统在不同工况下的运行状态和优化控制效果。
三、预期成果：通过对变速常数双馈风力发电技术的变流与优化控制方法的研究，预计能够实现以下成果：1. 建立变速常数双馈风力发电系统仿真模型，探究系统的运行特性和控制策略。
PLC风力发电控制系统设计开题报告
PLC风力发电控制系统设计--开题报告一、项目背景近年来，风力发电已成为一种重要的清洁能源，占据着全球新能源发展的重要地位。
风力发电的工作原理是利用风轮旋转带动发电机发电，由于气候、地形等原因，风速的大小和方向常常变化，因此需要一个智能化的控制系统来协调发电机的输出功率。
PLC控制系统因其稳定、高效、易于维护的特点，已经成为风力发电控制系统的主要控制手段。
二、研究目的及意义本项目旨在研究和设计一种基于PLC的风力发电控制系统，实现对风力发电机的自动控制和优化，以提高风力发电机的发电效率和稳定性，节约能源和减少环境污染。
该控制系统具有操作简单、性能稳定、自适应性强等优点，可以在风速变化较大的环境下自动调节风力发电机的输出功率，保证风力发电机的正常运行。
三、研究内容1. 风力发电机的工作原理与结构设计首先需要了解风力发电机的基本工作原理，以及常见的风力发电机结构设计。
考虑风机的叶片采用变叶距调节，以及叶片角度的自适应调节。
2. PLC控制器的选择与设计根据风力发电机的结构和设计，选择适合的PLC控制器，并进行程序设计。
通过对风速、功率等参数的采集和分析，实现对风力发电机的自动控制和优化，提高发电效率和稳定性。
3. 与风力发电机的连接及控制风力发电机输出的电能需要通过变频器进行处理，并与电网相连接。
在这个过程中，需要控制风力发电机输出的电压、频率等参数，保证电能的有效传输。
4. 监测与故障诊断监测风力发电机的运行状态，并实现故障诊断和维护。
在实际应用中，风力发电机的故障率较高，需要及时进行故障诊断和维修，从而减少停机时间和维修成本。
四、研究计划与进度安排本项目计划在6个月内完成，具体进度安排如下：第1-2个月：调研和需求分析，熟悉PLC控制器的基本原理和程序设计方法。
第3-4个月：PLC控制器的选型和设计，获取风速、功率等数据，并进行实时监测和控制。
第5-6个月：系统调试和测试，完成对风力发电机的实际控制和优化，并进行故障诊断和维护。
基于变频调速轴流式风机设计研究的开题报告
基于变频调速轴流式风机设计研究的开题报告引言目前，在工业生产和生活中，轴流式风机广泛应用于通风、换气、送风、采暖等方面。
随着节能环保意识的提升，轴流式风机的效率与能耗问题越来越受到关注。
变频调速技术是提高风机效率和降低能耗的重要途径之一。
因此，本论文选取基于变频调速的轴流式风机设计研究作为研究课题，旨在优化风机的设计，提高其效率，减小能耗，同时提高风机的运行稳定性和可靠性。
研究背景轴流式风机作为一种通用的风机，应用广泛。
在实际运行中，虽然可实现气体输送、通风、换气、降温、加热等多种功能，但风机效率一般不高，耗能也较多。
近年来，随着节能环保意识的提高，各个行业对风机能效要求越来越高，同时环保法规也在逐步收紧，促使工业企业加速完成能源消耗的改造升级，提高风机能效已成为工业企业转型的必然选择。
变频调速技术被广泛应用于工业生产和制造中，是提高能效和降低设备运行成本的关键技术之一。
利用变频调速技术控制轴流式风机的运行速度，不仅可以优化风机的性能参数，提高工作效率，降低能耗，还可以减少启动电流，延长风机的使用寿命，提高设备运行的稳定性。
研究内容和目标本论文选取基于变频调速的轴流式风机为研究课题，旨在通过风机设计的优化，提高风机的效率和稳定性，降低能耗。
具体研究内容和目标如下：1. 收集整理轴流式风机相关信息和文献，分析轴流式风机的运行原理和结构特点。
2. 研究变频调速技术及其在轴流式风机控制中的应用原理，分析变频调速对风机性能参数的影响。
3. 建立轴流式风机数值模型，通过CAD软件进行设计、模拟和优化。
其中，主要研究设计参数包括叶片数、叶片安装角度、导叶设计、进气口形状等。
4. 利用CFD软件进行数值模拟，对设计方案进行评价和验证，优化风机结构，提高效率和稳定性。
5. 借助实验室设备，对设计的轴流式风机进行实物制造和测试，获取相关参数数据和实验结果。
6. 对比分析实验数据和数值模拟结果，验证数值模拟方法的正确性和可靠性。
风力发电PWM变流器及其控制策略的开题报告
风力发电PWM变流器及其控制策略的开题报告
本文将介绍风力发电PWM变流器及其控制策略的开题报告，在此之前，我们需要了解一些背景知识。
风力发电是目前世界上比较流行的清洁能源之一，也是一种非常有
效的替代传统能源的方式。
风力发电机的输出信号通常为三相交流信号，而电网要求的电网电压为单相电压，所以需要对输出信号进行处理，将
其转换为单相交流电信号，以便向电网输送产生的电能。
PWM变流器是
将风力发电机的交流电信号转换为电网电压所必须的关键之一，是风力
发电系统中非常重要的一部分。
PWM（脉宽调制）技术是一种宽波范围控制技术，它通过将电路开
和关，使电压的占空比随时间变化，从而实现对电路输出的精准控制。
在PWM变流器中，通过控制开关管的导通时间来调整电路中电压的大小，因此可以将三相交流电信号转换为单相交流电信号。
PWM变流器的控制
策略包括空间向量PWM（SVPWM）、正弦PWM（SPWM）和直接扭矩
控制（DTC）等，每种策略都有其优点和局限性。
在风力发电系统中，PWM变流器的控制策略不仅影响到系统的性能和效率，而且还会导致系统的稳定性和可靠性问题。
因此，需要深入研
究PWM变流器控制策略，并针对风力发电系统的特点进行优化和改进。
本文的研究目的是探索一种基于SVPWM和DTC的PWM变流器控
制策略，对该策略进行仿真和实验分析，以验证其在风力发电系统中的
有效性和可行性。
同时，还将分析该策略的优点和局限性，提出应对措施，为风力发电系统的稳定性和可靠性提供支持。
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1
1 0.035
i 0.0831
10
风电机组简单模型
2）传动链模型（假定传动链为刚性连接）：
3)变桨模型
nT
g
T
r
T
r
(
(Jr n2Jg)
J
r
n2J
g
)
d dt
g nr
d dt
g
g
s11demand
4）发电机模型（发电机的惯性远远小于风轮）：
3）已设计最优模态增益值自适应修正算法，进行了仿 真验证；
4）已设计额定风速以上的变桨PID控制策略，初步设计 了转矩与变桨控制的切逻辑，进行了仿真验证。
9
风电机组简单模型
1）风轮模型：
风轮吸收功率 Pr cp(,)2Rv3
最佳风能吸收系数
cp(,)c1(c 2i c3c4)eci5 c6
tg
omeg
wind speed
wind speed 25
20
15
10
5
0
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
1.95
时间
4
x 10
转速
3000
2500
2000
1500
1000
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
1.95
时间
4
x 10
转矩
8000
8000
6000
4000
6 4 2 0 -2 -4
x 106 2 1.5 1 0.5
额定风速附近，变桨控制 与转矩控制频繁切换问题
风速
1.42
1.44
1.46
1.48
1.5
时间
Cp
1.42
1.44
1.46
1.48
1.5
时间
转矩
1.42
1.44
1.46
1.48
1.5
时间
桨距角
1.42
1.44
1.46
1.48
目前的参数只是试凑的方式，没有任何理论依据； 2）优化变桨控制与转矩控制切换逻辑，减少切换频率， 避免功率频繁跌落。 2015.11-12 塔架加阻功能设计（变桨主动阻尼+陷波滤波器） 2016.01-03 传动链加阻尼功能设计
（转矩主动阻尼+陷波滤波器） 2016.04-06 转速区间跳跃功能设计 2016.06-12 低噪声运行模式控制策略设计 2015.08-2016.12 与外单位合作，在试验风机上实现所研究
2200
2100
2000
1900
1800
1700
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
时间
4
x 10
转矩
8000
7500
7000
变桨PID控制器Kc=0.02 6500
6000
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
时间
x 104
桨距角
20
10
0
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
时间
x 104
由我方负责控制策略的可行性研究、方案设计、 仿真验证，华创配合实施程序代码开发、现场调试，研 究成果和收益由双方共享。
风轮半径 41m
齿轮箱变速比 104
发电机最大转速 发电机并网最低 转速
2000r/s
1030r/s
发电机转动惯量 风轮转动惯量 发电机最大转矩 低速PI恒转速设 发电机额定转速 定
78Kgm^2
发电机功率调节 时间常数
5775878 Kgm^2
最佳Cp设计值
10000Nm
1200r/s
1800r/s
4
2
0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
时间
16
最优模态自适应算法
TgZ3 Kopt
2 g
Kopt0.5R 5Cp(,)n3 13
0
pT0 p0T
0 1.225 kg / m 3
p0 101 .33 kPa
T0 273 K
0 0
40 30 20 10 0
0
wind speed
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
时间
x 104
转速
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
时间
x 104
转矩
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
时间
x 104
桨距角
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
的内容 25
讨论问题
主动阻尼控制，关键是带通滤波器设计
GdtdKs222 ss2
26
合作模式
与丹麦米塔（ Mita ）合作，开展风机主控系统改 造、风场功率控制优化升级，逐步获取米塔主控系统的 控制策略和源代码程序，学习和掌握基于Scada数据的诊 断分析技能和主控系统调试经验。
目前，集团下属的大部分风场普遍存在功率曲线
无法达设计值的问题，即风力机制造商提供的设计功
率曲线与测试所得的功率曲线的差别很大，这一问题严重
影响了风电机组的年发电量和风电场的经营效益。因此，
功率曲线问题已经引起集团公司领导的高度重视，必须尽
快解决。
3
集团风场主控系统现存问题
➢ 电网适应性要求越来越高，早期的控制系统难以满足 相关要求；
1.6
1.8
2
时间
x 104
桨距角
40
Pitch
20
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
时间
x 104
6
x 10
功率
2
Power
1
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
21 2
时间
4
x 10
Tg
Power
cp
Pitch
wind
20 15 10 5
0.4 0.2
0
5.4
5.2
5
4.8
4.6
4.4
4.2
4
1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45
1
1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45
空 气 密 度 (Kg/m3)
空 气 密 度 (Kg/m3)
当实际空气密度比设计值偏大（小）0.2Kg/m^3时，自适应 算法比定值算法发电功率高4000W—5000W（风速7m/s）。
A
双馈风电机组运5 行 ➢ 额定风速以上，变桨控制，
目标轨迹
保持恒功率运行（D点）
0
3
4
5
6
7
8
9
10
7
研究内容规划
提升发电量
➢ 双PI（比例积分）控制 策略设计
➢ 控制参数温度自适应修 正算法开发
降低噪声
➢ 风机低噪声运行模式 控制策略设计
载荷（含振动）优化
➢ 变桨PID（比例积分微分） 控制策略设计
➢ 变桨控制与转矩控制切换逻 辑设计
➢ 传动链加阻尼功能设计 ➢ 塔架加阻尼功能设计 ➢ 转速区间跳跃功能设计
独立变桨控制
初步构成了双馈风电机组控制策略的研究框架 8
目前的研究进展
1）基于Matlab的Simulink仿真平台，初步搭建了风电 机组的仿真模型；
2）开发了双PI转速—转矩控制策略，并与传统的查表 法，通过仿真验证了双PI控制策略的优越性；
具有较大改善潜力。 4
优化功率曲线的常用手段
➢ 改善叶片的气动性能（设计与制造） ；
➢ 增加叶片长度（设计与制造） ；
➢ 提升传动链与电气设备的效率（设计与制造） ；
➢ 风电机组自用电消耗（偏航、变桨、液压站、增速箱 和发电机冷却、电控柜加热及冷却） ；
➢ 增大额定发电功率的设定值（存在安全隐患）；
0.45
Cp
0.4
Cp值大约提高0.003-0.005
0.35
0.3
0.25 0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
时间
15
双PI控制策略（与查表法仿真对比）
Power
5
x 10 16
功 率 (w)
14
12
10
8
6
功率大约提升15kW-30kW,
占额定功率1%-2%
17
最优模态自适应算法
风 能 利 用 系 数 Cp 功率
0.482 0.481
0.48 0.479 0.478 0.477 0.476 0.475 0.474 0.473
1
空 气 密 度 —风 能 利 用 系 数 关 系 曲 线