风力发电的变桨距控制方法研究
风力发电的变桨距控制研究
二风力发电的控制系统介绍
2.1控制系统的重要性
风电机组的控制系统是一个综合控制系统。它不仅要监视电网，风况和机组运行参数，对机组运行进行控制；而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。图2.1是风电机组工作原理图。
图2.1风电机组工作原理的框图
风力发电控制系统在风力发电系统中需要解决的基本矛盾是如何在风速变化的情况下,获得较稳定的电压输出,以及如何解决无风时的用电问题。既要考虑到风能的特点,又要考虑到用户的需要,达到实用、可靠、经济的运行效果,关键环节之一就是要有一个稳定、可靠、功能齐全的控制系统。控制系统在风电机组中的作用犹如人的大脑，进行风力发电机组的运行管理。
3.2.1（电动）变桨距执行机构
狭义的变桨距执行机构是指直接控制叶片转动部分的机械装置。现在常见的变桨距执行机构有下面几种。
（1）平行轴齿轮驱动
多用于分散控制电动变桨距系统。驱动伺服电动机通过行星齿轮减速器，在减速器的输出轴上装有驱动内齿圈的直齿轮，从而实现变桨距控制。MW及以上大型风力发电机组多采用这种结构。图3.2为平行轴齿轮结构。
2.2.3制动控制
当转速超越上限发生飞车时，发电机自动脱离电网，桨叶打开实行软刹车，液压制动系统动作，抱闸刹车，使桨叶停止转动，调向系统将机舱整体偏转90°侧风，对整个塔架实施保护。
风力发电机组变桨距控制系统的研究
风力发电机组变桨距控制系统的研究风力发电机组变桨距控制系统的研究近年来，随着环境问题的加剧和清洁能源的重要性逐渐凸显，风力发电作为一种潜在的可再生能源广泛应用。
风力发电机组是将风能转化为电能的关键设备，而变桨距控制系统则是提高风力发电效率的重要技术手段之一。
本文将对风力发电机组变桨距控制系统的研究进行探讨，从控制系统的结构、控制策略以及实际运行效果等方面进行分析。
1. 控制系统的结构风力发电机组的变桨距控制系统主要由传感器、执行器、控制器和信号传输部分组成。
传感器用于感知风力、转速以及叶片位置等信息，将这些信息传递给控制器。
控制器根据传感器获取的信息，通过控制策略对执行器发出信号，调节叶片角度，从而实现对风力发电机组的变桨距控制。
2. 控制策略目前，常用的控制策略主要有定角度控制和最大功率控制两种。
定角度控制是通过固定叶片角度来控制风力发电机组的输出功率，通常适用于恒定风速下的风机运行。
而最大功率控制则是根据风速大小实时调整叶片角度，以实现风力发电机组在不同风速下的最佳输出功率。
最大功率控制策略可以提高风力发电机组的效率，适应不同风速环境，并降低对外部条件的敏感性。
3. 实际运行效果根据实际应用情况和研究成果分析，风力发电机组的变桨距控制系统在提高发电效率、保护设备安全方面取得了显著效果。
通过使用最大功率控制策略，风力发电机组可以根据风速变化实时调整叶片角度，充分利用风能，并在恶劣天气条件下及时响应，减轻设备负荷。
同时，变桨距控制系统的应用也大大降低了由于风电机组运行时桨叶受损引起的事故风险，增加了设备的可靠性和安全性。
4. 研究展望尽管风力发电机组变桨距控制系统已取得一定的研究进展，但仍存在一些挑战和待解决的问题。
首先，尽管最大功率控制策略可以提高发电效率，但在不同风速区间的切换问题仍需要进一步优化。
其次，传感器的稳定性和可靠性也是需要关注的焦点，特别是在恶劣环境下的应用。
另外，随着风力发电技术的发展，新型的控制策略和技术工具也需要不断研发和应用，以进一步提高风力发电机组的性能和可靠性。
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》范文
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着全球能源结构的转型，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。
其中，变桨距技术作为一种关键技术，其性能直接影响风力发电机组的效率和稳定性。
本文将着重探讨风力发电变桨距自抗扰控制技术的相关研究，并对其参数整定进行深入分析。
二、风力发电变桨距技术概述风力发电变桨距技术是指通过调整风力发电机组叶片的桨距角，来改变机组对风的捕获能力和产生的电力。
当风速过高时，通过调整桨距角减小风的捕获量，防止机组过载；当风速较低时，增大桨距角以提高机组的发电效率。
自抗扰控制技术作为一种先进的控制策略，具有较好的鲁棒性和抗干扰能力，对于提高风力发电机组的性能具有重要意义。
三、自抗扰控制技术研究自抗扰控制技术是一种基于非线性控制理论的控制策略，其核心思想是通过引入非线性状态误差反馈和扩张状态观测器等手段，实现对系统状态的实时观测和误差的实时补偿。
在风力发电变桨距控制中，自抗扰控制技术能够有效地抑制风速波动、机组振动等干扰因素对系统的影响，提高机组的稳定性和发电效率。
四、参数整定研究参数整定是自抗扰控制在风力发电变桨距控制中应用的关键环节。
针对风力发电系统的非线性和时变性特点，合理的参数整定方法能够提高系统的动态性能和鲁棒性。
目前，常用的参数整定方法包括试凑法、遗传算法、神经网络等方法。
其中，遗传算法和神经网络等方法能够通过对大量数据的分析和学习，自动寻找到最优的参数组合，提高整定效率和整定精度。
五、实例分析以某风力发电场为例，采用自抗扰控制技术对风力发电机组的变桨距系统进行控制。
通过对比不同参数整定方法的效果，发现采用遗传算法整定的自抗扰控制器在风速波动和机组振动等干扰因素下表现出较好的鲁棒性和稳定性。
同时，通过对机组发电效率的统计和分析，发现采用自抗扰控制技术的机组在各种工况下均表现出较高的发电效率。
六、结论本文对风力发电变桨距自抗扰控制技术及其参数整定进行了深入研究和分析。
双馈异步风力发电系统变桨距控制技术研究
双馈异步风力发电系统变桨距控制技术研究在环境污染、全球都提倡节能减排的形势下,风能作为清洁型可再生能源之一,其开发利用已受到全世界的广泛关注,市场前景广阔。
在各国大力发展风力发电技术之际,变桨距控制技术已成为研究的热点之一。
本文以双馈式风力发电系统(DFIG)为研究对象,对兆瓦级风电机组电动变桨距控制进行了全面的理论分析和仿真验证,围绕变桨距控制策略和变桨距伺服系统两方面进行研究,主要工作如下:(1)在桨叶空气动力学分析的基础上,建立风能捕获、气动功率,气动转矩等重要状态变量的数学模型,并通过机理建模的方式搭建与变桨距技术相关的各子系统数学模型,包括风轮模型、传动链模型。
(2)通过分析风力发电系统运行原理和控制要求,提出了不同工段风力机变桨距控制策略。
针对额定风速以下和额定风速以上分别建立了最大功率追踪算法(MPPT)和模糊自适应PID控制算法,并设计了基于以上两种算法模糊切换的全风速段双模变桨距控制器。
相比传统单一PID控制,双模变桨距控制器对全风速段的适应性更好,在低风速段,能获得最佳风能捕捉,在高风速段,能够获得更稳定的功率输出。
(3)通过对桨叶负载分析计算,为电动变桨距执行机构主要部件选型提供了理论依据。
设计了基于矢量控制的永磁同步电机三闭环变桨距伺服系统,针对传统矢量控制中d-q轴电流不完全解耦造成的变桨电机转矩/电流波动,提出了电压前馈解耦型变桨距方案,经Simulink仿真验证,改进后的变桨距伺服系统具有桨距角位置跟踪能力强、变桨负载动态响应快的特点。
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着全球能源结构的转型，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。
在风力发电系统中，变桨距控制技术是提高风电机组性能和稳定性的关键技术之一。
自抗扰控制技术作为一种先进的控制策略，在风力发电变桨距控制中具有重要的应用价值。
本文旨在研究风力发电变桨距自抗扰控制技术，并探讨其参数整定方法，为风力发电的进一步发展提供理论支持。
二、风力发电变桨距控制技术概述风力发电变桨距控制技术是指通过调整风电机组桨叶的俯仰角度，实现对风能的捕获和转换。
该技术能够在风速变化时，通过调整桨叶的俯仰角度，保持风电机组的最佳运行状态，提高发电效率和稳定性。
目前，变桨距控制技术已成为现代风力发电系统的重要组成部分。
三、自抗扰控制技术原理及应用自抗扰控制技术是一种基于非线性控制的先进控制策略，具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。
该技术通过构建扰动观测器，实时监测系统内部的扰动，并采取相应的控制策略，使系统保持稳定。
在风力发电变桨距控制中，自抗扰控制技术能够有效地抑制风速波动对系统的影响，提高系统的稳定性和发电效率。
四、风力发电变桨距自抗扰控制技术研究针对风力发电变桨距自抗扰控制技术，本文首先建立了系统的数学模型，然后设计了相应的自抗扰控制器。
在控制器设计中，采用了扰动观测器、非线性状态误差反馈等关键技术，使系统能够在风速变化时快速调整桨叶的俯仰角度，保持系统的稳定。
此外，还对控制器的性能进行了仿真验证和实验测试，结果表明，该控制策略能够有效地提高风电机组的发电效率和稳定性。
五、参数整定方法研究参数整定是自抗扰控制技术中的重要环节，直接影响到控制系统的性能。
针对风力发电变桨距自抗扰控制系统，本文提出了一种基于遗传算法的参数整定方法。
该方法通过优化控制器的参数，使系统在各种风速条件下都能保持最佳的运行状态。
具体而言，该方法首先建立了一个以系统性能指标为目标的优化模型，然后采用遗传算法对模型进行求解，得到最优的控制器参数。
《2024年风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》范文
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着可再生能源的快速发展，风力发电已成为重要的清洁能源之一。
风力发电技术的关键之一是变桨距控制技术，其能够根据风速变化调整风力机桨叶的角度，以实现最佳的风能捕获和能量转换。
然而，由于风速的随机性和不确定性，传统的控制方法往往难以满足高精度的控制要求。
因此，研究风力发电变桨距自抗扰控制技术及其参数整定具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、风力发电变桨距自抗扰控制技术研究（一）自抗扰控制理论概述自抗扰控制是一种先进的控制策略，通过非线性组合多种信号以减小系统的误差，并对不确定性的影响进行有效抑制。
自抗扰控制器通常由跟踪微分器、扩张状态观测器和状态误差的非线性组合三部分组成。
这种控制方法具有良好的动态性能和抗干扰能力，在非线性系统中有很好的应用前景。
（二）风力发电变桨距自抗扰控制技术应用在风力发电系统中，变桨距自抗扰控制技术通过实时调整桨叶的角度，以适应不同的风速条件。
在风速较低时，桨叶角度较小，以捕获更多的风能；在风速较高时，通过增大桨叶角度来减小风力机的气动负荷，保护设备免受过大负荷的损害。
自抗扰控制技术通过实时监测和调整，实现对风速的快速响应和精确控制。
三、参数整定方法（一）参数整定的必要性风力发电系统的变桨距自抗扰控制器的性能与其参数的整定密切相关。
参数的合理设置可以有效地提高系统的稳定性和动态响应能力。
因此，针对不同的风力发电系统，需要进行相应的参数整定工作。
（二）参数整定方法1. 理论计算法：根据系统的数学模型和性能指标，通过理论计算确定参数的初始值。
这种方法需要深入理解系统的动态特性和控制策略。
2. 试验法：通过在真实的风力发电系统中进行试验，根据试验结果调整参数，以达到最佳的控制系统性能。
这种方法需要大量的试验数据和经验。
3. 智能优化算法：利用智能优化算法如遗传算法、粒子群算法等对参数进行优化。
这种方法可以快速找到最优参数组合，但需要较高的计算资源和时间。
风力发电机变桨距控制技术研究
风力发电机变桨距控制技术研究随着全球对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式，逐渐受到人们的关注。
而风力发电机的变桨距控制技术的研究与应用，对于提高风力发电机的效率和稳定性具有重要意义。
风力发电机的变桨距控制技术是指根据风力发电机所接收的风速信号，通过控制变桨距来调整叶片的角度，以实现最佳功率捕获。
变桨距控制技术可以根据实时风速变化，调整叶片的角度，使其在不同风速下都能运行在最佳工作状态，从而提高风力发电机的发电效率。
风力发电机的变桨距控制技术主要包括传感器、控制器和执行器三个部分。
传感器用于感知风速信号并将其转化为电信号，控制器通过对风速信号的处理和分析，得出最佳的变桨距控制策略，最后通过执行器来实现叶片角度的调整。
在风力发电机的变桨距控制技术研究中，需考虑以下几个方面。
首先，需选择合适的传感器来准确感知风速信号，以确保控制器的准确性。
其次，需要在控制器中设计合理的算法，以根据实时风速变化来调整叶片的角度。
同时，还需考虑到不同风速下的功率输出特性和风力发电机的安全性能，以确保变桨距控制技术的可靠性和稳定性。
此外，风力发电机的变桨距控制技术还面临一些挑战。
例如，风速信号的准确性和稳定性对于变桨距控制的精度和效果至关重要。
此外，变桨距控制技术的实施成本也是一个重要的考虑因素。
因此，研究人员需要不断改进传感器和控制器的技术，并降低成本，以实现风力发电机变桨距控制技术的普及和应用。
综上所述，风力发电机的变桨距控制技术是提高风力发电机效率和稳定性的重要手段。
通过合理选择传感器、设计优化的控制算法，并考虑到功率输出特性和安全性能，可以实现风力发电机在不同风速下的最佳工作状态。
未来，随着技术的进一步发展和成本的降低，风力发电机变桨距控制技术有望在风力发电行业中得到更广泛的应用。
风力发电机组变桨距控制策略研究
基于神经网络的变桨距控制策略设计
神经网络模型选择
根据风力发电机组变桨距控制问题的特点，选择适合的神经网络模型，如多层感知器、卷 积神经网络等。
训练数据采集
针对风力发电机组变桨距控制问题，采集大量的历史数据作为训练神经网络的样本，以提 升神经网络的控制精度。
神经网络模型训练
利用训练数据对神经网络模型进行训练，通过调整神经元之间的连接权重和阈值，使神经 网络输出结果更接近理想值。
04
基于模糊逻辑的变桨距控制策略研究
模糊逻辑基本原理与系统结构
模糊逻辑是一种近似推理方法，基于模糊集合和模糊运算 ，能够处理不确定、模糊的信息。
模糊逻辑系统通常由输入变量、模糊化、规则库、推理机 制和解模糊等部分组成。
基于模糊逻辑的变桨距控制策略设计
设输出，实现 桨距角的调整。
03
基于优化算法的变桨距控制策略研究
基于遗传算法的变桨距控制策略
1
遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法 ，通过模拟基因交叉和突变过程来寻找最优解 。
2
在风力发电机组变桨距控制中，遗传算法可用 于优化控制策略，以实现更高的能量捕获和系 统稳定性。
3
具体而言，遗传算法可以用于优化变桨距控制 策略中的参数，如目标函数、控制规则、约束 条件等。
结果讨论
通过对实验结果的分析与比较，我们发现变桨距控制 策略在风速变化和桨叶角度变化时表现出较好的性能 ，但在发电机转速较高时，控制精度有所下降。这可 能与发电机转速较高时，机械传动部件的动态性能和 控制系统稳定性有关。因此，在未来的研究中，需要 进一步优化变桨距控制策略，提高控制精度和稳定性 。
07
1. 研究风力发电机组 变桨距控制的数学模 型，建立相应的仿真 模型；
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目录
❖ 一 概论 ❖ 二 风力发电的控制系统介绍 ❖ 三 风力发电机的变桨距控制系统 ❖ 四 直驱型风电机组变桨距功率控制法 ❖ 五 功率控制法的改进
一 概论
❖ 大型MW级风电机组在世界主要国家已经投入产业 化生产
❖ 同世界发达国家的水平相比，我国的风机生产水平 有很大差距 ，在变桨距技术方面有诸多体现
两种风速情况 超过额定风速时，叶片
向小迎风角变化，从而 使获取的风能减少，这 样就保证了叶轮输出功 率不超过发电机的额定 功率，风轮速度降低使 发电机组的输出功率可
以稳定在额定功率上。
风速小于额定风速时
风速大于额定风速时
调整桨距角处于可获取最大推力 的位置，有较低的切入风速
叶片向小迎风角变化，从而使获取 的风能减少，这样就保证了叶轮输 出功率不超过发电机的额定功率
2.1启动控制
❖ 当风速检测系统在一段持续时间内测得风速 平均值达到切入风速，并且系统自检无故障 时，控制系统发出释放制动器命令，机组由 待风状态进入低风速起动。
2.2并 / 脱网控制
❖ 当风力发电机转速达到同步转速时，执行并 网操作。为了减小对电网的冲击，通常采用 晶闸管软切入并网。软切入时，限制发电机 并网电流并监视三相电流的平衡度，如果不 平衡度超出限制则需停机。除此之外，软切 入装置还可以使风力发电机在低风速下起动。 当风速低于切入风速时，应控制已并网的发 电机脱离电网，并在风速低于 4 m /s 时进行 机械制动。
4.1变桨距功率控制模型
桨距角 检测
给定桨距角
变桨距
变桨距
控制器
机构
风轮
给定功率值
接电网 发电机
并网开关
功率检测
变桨距调节控制器的组成
设定转速
转速检测 风力发电机
变桨距驱动
高于额定转速
比
较
器
低于额定转速
期望的转速,扭矩
叶片位置检测
变桨距控制器控 制目标：最大功
率输出
转速桨位需求 扭矩桨位需求
4.2系统的软件设计
❖ 由于控制本身的属性，功率控制法在响应速 度，准确度以及稳定性方面都可以加以改进。 风电机组发出的电能最终都要供给负载，风 力机的运行参数，调整状况和反馈情况也要 受到负载的影响，所以功率控制可以和载荷 变量联合控制，使得控制更加快准稳。
谢谢！
❖ （小风速段使用最大风能捕捉的方法，最大风能捕获 控制又有若干典型的控制方法，如：最佳叶尖速比法， 最优转矩法，功率信号反馈法，爬山搜索法。这些方 法的控制目标为：风速变化时，通过控制发电机的电 磁转矩使得系统在新的稳态下捕获最大风能。）
当风力发电机组起 动及风速低于额定风速 时，桨距角处于可获取 最大推力的位置，有较 低的切入风速。当风速
开始
Y
有停机故障信号
∆P=P-P0
∆P=0
Y -10<∆P<10?
N
按比例增大桨距角， 最大速度不超过4.6⁰ /s
Y
∆P>0?
N
按比例减小桨距角，桨 距角变化速度不超过 1⁰/s,并且桨距角不小于
Y
∆P<0?
3⁰
N
结束
由PLC的输出单元输出一个 数字量信号，使紧急顺桨电
磁阀打开，迅速顺桨
五 功率控制法的改进与应用
变桨距风电机组
变桨距执行机构
现场总线
3.1变桨距调节的工作原理
风力机桨叶根部与轮毂之间通过轴承连接，也就是说其连 接是不固定可以自由旋转的，当风速发生变化时，风力机的 桨叶可以绕其轴线转动来调节叶片的桨距角，通过桨距角的 变化来影响风电机组的转速，从而达到控制风力发电机组输 出功率的目的。
变桨过程：根据机舱顶部的气象站和风速仪所测 量数据，控制系统发出指令给变桨电机，变桨电机 为变桨系统提供扭矩，变桨系统把扭矩增加大约100 倍后，通过另外一端的变桨小齿轮（小齿轮上面带 着一个齿形带，齿形带与叶片上面的变桨轴承相 连），把力传递到变桨轴承上面，使变桨轴承旋转， 改变叶片的迎风角度。
变桨距驱动装置
❖ 按每个叶片是独立调节还是同步调节可以分 为两种 ：共同驱动变桨距系统 ，独立驱动变 桨距系统
叶片独立变桨
变 桨 轴 承
编码器
限位开关Βιβλιοθήκη 变桨控制柜 变桨驱动装置紧急备用 电池柜
变桨距执行机构
❖ 变桨距执行机构是指直接控制叶片转动部分 的机械装置
❖ 常见的变桨距执行机构有 ：平行轴齿轮驱 动，垂直轴伞型齿轮驱动，机械摇杆驱动
❖ 在变桨距控制系统中，高风速段的变 桨距调节功率是非常重要的部分，若 退桨速度过慢则会出现过功率和过电 流现象，甚至会烧毁发电机；若桨距 调节速度过快，不但会出现过调节现 象，使输出功率较大，而且会缩短变 桨距液压缸，变桨距电动机和变桨距 轴承的使用寿命，进而影响发电机的 输出功率，使发电量降低。
❖ 按控制环节来分： 1. 启动控制 2. 并 / 脱网控制 3. 制动控制
很重要的一个环节是机组运行过程中，对发 出电能质量的控制
风机控制系统的重要性
监视 风机控制系统
电网 风况
机组运行参数
风速 风向
控
磁转转 输 端
制
链速矩 出 口
功电
率压
执行机构
主控制器
设定值（额定值）
反馈值
发出指令
现场总线
分控制箱
2.3制动控制
❖ 当转速超越上限发生飞车时，发电机自动脱 离电网，桨叶打开实行软刹车，液压制动系 统动作，抱闸刹车，使桨叶停止转动，调向 系统将机舱整体偏转90° 侧风，对整个塔架 实施保护。
三 风力发电的变桨距控制系统
变桨距系统
变桨距机构
变桨距控制系统
驱动装置
执行装置
机舱内分控制系统
计算机控制系统
平行轴齿轮驱动和垂直轴伞型齿轮驱动 （也有机械摇杆驱动）
四 风电机组变桨距功率控制法
❖ 什么是功率控制法：传统的恒功率控制模式用于风速 较大的场合。为保证风电系统的安全运行，需要限制 其转速和发电机的输出功率，由于发电机和变频装置 的电气限制，仅仅靠电磁转矩的控制已无法保证系统 的安全，此时需要控制风机的桨距角以降低风机的风 能捕获量，从而限制风机的转速和输出功率。
❖ 风机的叶片直径在不断的增大，严重影响到风电机 组传动机构等部件的机械应力和疲劳寿命，变桨控 制技术得到世界共识并快速发展
较高的风 能利用系
数
高风速段 的额定功
率
变桨距控 制的优点
提高风力 机组起动 性能与制 动性能
提高风机 的整体柔
性度
减小整机 和桨叶的 受力状况
二 风力发电的控制系统介绍