风力发电变桨控制系统设计研究
风力发电机独立变桨控制技术系统级优化研究
是 一 个 非 线 性 时 变 的 反 馈 系 统 风 力 发 电 机 的 参
大 的 应 力 施 加 在 风 力 发 电 机 的 叶 片 和 塔 架 上 ． 导
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２ 控制算法设计
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变桨系统在海上风力发电装置中的电能质量分析与优化方法研究
变桨系统在海上风力发电装置中的电能质量分析与优化方法研究随着全球对可再生能源的越来越高的需求，海上风力发电作为一种清洁、可持续的能源发电方式，逐渐成为了研究的热点。
而在海上风力发电装置中，变桨系统作为其中重要的组成部分，对电能质量的分析与优化具有重要意义。
本文将探讨变桨系统在海上风力发电装置中的电能质量分析与优化方法。
首先，需要对变桨系统的工作原理进行简要介绍。
变桨系统主要由桨叶、变桨机构和电气控制系统组成。
其主要功能是通过改变桨叶的角度，调整风轮对风的捕获能力，从而实现风能的最大化利用。
然而，变桨系统的操作可能会引起电能质量的问题。
一种常见的电能质量问题是电压波动。
变桨系统的操作可能导致风轮受到风力的变化而产生振动，从而引起电网侧的电压波动。
这种波动可能对电网的稳定性和电能质量产生不利影响。
因此，有必要对变桨系统的电压波动进行分析与优化。
为了分析电压波动问题，可以采用实测数据来评估变桨系统的性能。
通过监测风轮转速、桨叶角度以及电网侧的电压波动，可以检测到变桨系统的潜在问题。
同时，还可以使用模拟仿真工具，如MATLAB/Simulink等，来分析变桨系统的运行状态和电能质量状况。
在分析的基础上，可以采取一些优化措施来减小电压波动。
其中一种方法是调整变桨系统的参数，如减小变桨机构的灵敏度或增加系统的阻尼，以减小风力变化对电压的影响。
另一种方法是使用控制策略，例如采用模糊逻辑控制或神经网络控制算法，来优化变桨系统的响应速度和稳定性，从而减小电压波动。
此外，还可以考虑引入能量储存系统来优化电能质量。
当风力较强时，变桨系统可以将多余的电能储存起来，而在风力较弱或无风时则将储存的能量释放供电使用，从而平衡电网侧的电能供需关系，减小电压波动。
关于电能质量分析与优化方法的研究，还需要考虑海上环境的特殊性。
海上风力发电装置常常面临着复杂的环境条件，如海浪、风力等。
这些环境因素可能对变桨系统的运行状态和电能质量产生影响。
变速变桨风力发电机控制研究
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风力发电机变桨驱动器优化设计研究的开题报告
风力发电机变桨驱动器优化设计研究的开题报告
一、研究背景和意义
随着全球对可再生能源的需求不断增加，风力发电逐渐成为一种重要的能源产生方式。
而变桨驱动器作为风力发电机的核心部件之一，直接关系到风力发电机的转速、功率和稳定性等方面。
因此，优化变桨驱动器的设计具有非常重要的意义。
二、研究内容和方法
本文拟从以下几个方面展开研究：
1. 变桨驱动器的结构分析和工作原理研究；
2. 变桨驱动器存在的问题和改进的方向进行分析和研究；
3. 针对问题进行优化设计，包括材料选择、结构设计、工艺优化等方面；
4. 制作实验样机进行测试，验证优化设计的效果。
本文主要采用文献调研和实验研究相结合的方法，通过查阅文献资料和实验验证，探索出最优的变桨驱动器设计方案。
三、预期研究结果
通过本文研究，预期达到以下几个方面的结果：
1. 对变桨驱动器的结构和工作原理有更全面深入的认识；
2. 发掘变桨驱动器存在的问题和可改进的方向，提出优化设计方案；
3. 提出一种更为稳定、高效、可靠的变桨驱动器设计方案；
4. 通过实验验证，证明提出的设计方案具有可行性和可靠性。
四、研究实施计划
第一年：调研文献，结合市场现状和需求，初步设计方案；
第二年：制作实验样机，并开展实验测试和数据分析；
第三年：在实验基础上，进一步优化设计，提出最终设计方案，并撰写论文。
以上是本课题的研究背景、意义、内容、方法、预期结果和实施计划的开题报告，欢迎指导老师提出宝贵意见！。
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。
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。
《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。
风力发电变桨控制系统设计研究
前言 风力发电机组是实现风能与电能转换的重要装置，对发电
机组进行深入研究更有助于提高其运行效率。因此，在实践工 作中相关工作人员应该对双馈异步发电机的变桨控制系统加以 研究，进而实现该系统的优化设计，为保证双馈异步发电机的 有效运行奠定基础。
1 双馈异步发电机组概况
双馈异步发电机是一种十分常见的风能发电机组，其整体 由五大装置和四大系统构成，其中变桨控制系统是机组的核心 所在。此类型发电机组具备局部功率变频的特点，所以当其出 现电压跌落时极容易引发脱网问题[1]。在双馈异步发电机组运 行环节，主要以风轮捕获风能，该装置是风机的重要部件，其 运行有效性将会对发电机组的能量转换效率产生直接影响。当 叶片处于最佳桨距角位置时，可跟踪最大风能，风轮吸收功率 与风速成正比关系，发电机组将基于定将距模式运行。
2.2 低电压穿越时的变桨控制器设计 低电压穿越即LVRT，意味着即便大电机组并网点的电压 跌落，其依旧可不脱网运行，而且还能在此期间为电网供应无 功功率，进而辅助电网恢复正常。从本质上来说，LVRT属于发 电机组并网运行环节的特殊运行功能要求，在不同地区这一要 求的具体内涵大相径庭，在实际作业环节需要依照具体要求保 持发电机组不脱网运行。 （1）控制对象模型 设计LVRT控制器的根本目的，是解决因电压跌落而导致 的功率波动和超速问题，要基于变桨PI控制器来保证低电压穿 越环节的发电机组能不出现大幅度功率波动，并且可迅速恢复 功率。在此环节，需要明确风力发电机组的传动链运动方程：
TECHNOLOGY AND INFORMATION
工业与信息化
风力发电变桨控制系统设计研究
冯晓超 詹云霄 江苏龙源风力发电有限公司 江苏 南通 226014
摘 要 如今，风力发电十分普遍，为保障电力供应充足做出了极大贡献。在此环节，相关工作人员极为重视风力 发电的变桨系统控制工作。基于此，本文着眼于双馈异步发电机，对此类发电机组的特性进行了分析，并对其变桨 控制系统设计要点进行了论述，希望能为相关工作人员带来参考。 关键词 风力发电；变桨控制系统；系统设计；发电机组
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风力发电变桨控制系统设计研究
作者：冯晓超詹云霄
来源：《科学与信息化》2020年第15期
摘要如今，风力发电十分普遍，为保障电力供应充足做出了极大贡献。
在此环节，相关工作人员极为重视风力发电的变桨系统控制工作。
基于此，本文着眼于双馈异步发电机，对此类发电机组的特性进行了分析，并对其变桨控制系统设计要点进行了论述，希望能为相关工作人员带来参考。
关键词风力发电;变桨控制系统;系统设计;发电机组
前言
风力发电机组是实现风能与电能转换的重要装置，对发电机组进行深入研究更有助于提高其运行效率。
因此，在实践工作中相关工作人员应该对双馈异步发电机的变桨控制系统加以研究，进而实现该系统的优化设计，为保证双馈异步发电机的有效运行奠定基础。
1 双馈异步发电机组概况
双馈异步发电机是一种十分常见的风能发电机组，其整体由五大装置和四大系统构成，其中变桨控制系统是机组的核心所在。
此类型发电机组具备局部功率变频的特点，所以当其出现电压跌落时极容易引发脱网问题[1]。
在双馈异步发电机组运行环节，主要以风轮捕获风能，该装置是风机的重要部件，其运行有效性将会对发电机组的能量转换效率产生直接影响。
当叶
片处于最佳桨距角位置时，可跟踪最大风能，风轮吸收功率与风速成正比关系，发电机组将基于定将距模式运行。
现阶段，双馈异步发电机组变桨距控制技术具备明显的启动和制动特性。
若在双馈异步发电机变桨控制系统的调节之下机组变桨距离与启动条件相符，则风轮的启动力矩数值越高，越有助于定桨距系统的机组启动。
而且，为避免风力发电机组脱网而对电网产生冲击，在脱网时应将发电机组功率为0。
从双馈异步发电机组的角度来看，机组在基于额定风速以上运行时，变桨控制系统最为重要的功能就是可对机组吸收的能量多寡进行有效调节，进而始终保持输出功率与额定功率点持平。
2 双馈异步发电变桨控制系统设计
在变桨控制系统设计环节，设计人员大多选用Bladed软件和MATLAB软件作业，前者可帮助设计人员构建完整的风机线性化模型，而后者则可以对发电机的控制机器进行合理设计，还能有效校对控制器时间和频率[2]。
基于此，本文对以MATLAB软件开展的发电机变桨控制系统设计进行了分析。
2.1 变桨控制器设计
MATLAB软件是一种可用于算法开发和数据可视化的商业数学软件，将其应用能在变桨控制器设计环节十分可行。
在设计环节，应该先建立变桨控制系统的模型，当风速不同时不同模型间也存在较大差异。
因此，在设计控制器时，应该依照不同风速进行分别设计。
比如，分别设计12m/s、14m/s、18m/s和22m/s风速下的控制器。
此时，需要先利用MATLAB软件将变桨控制器的控制对象模型进行合理导出而后在开展设计工作。
此时，可将变桨控制器的传递函数设为：
在此环节，应该变桨系统控制模型的响应曲线特性加以重视。
若在统一控制器之下，基于不同风速的变桨系统模型的响应曲线特性之间存在较大差异。
其根本原因是当风速高于额定值时，风速越大所引发的风机动态模型响应越大。
所以，应该分别设计控制器。
2.2 低电压穿越时的变桨控制器设计
低电压穿越即LVRT，意味着即便大电机组并网点的电压跌落，其依旧可不脱网运行，而且还能在此期间为电网供应无功功率，进而辅助电网恢復正常。
从本质上来说，LVRT属于发电机组并网运行环节的特殊运行功能要求，在不同地区这一要求的具体内涵大相径庭，在实际作业环节需要依照具体要求保持发电机组不脱网运行。
（1）控制对象模型
设计LVRT控制器的根本目的，是解决因电压跌落而导致的功率波动和超速问题，要基于变桨PI控制器来保证低电压穿越环节的发电机组能不出现大幅度功率波动，并且可迅速恢复功率。
在此环节，需要明确风力发电机组的传动链运动方程：
在此环节，，以TL代表风轮所提供的拖动转矩;Jg代表发电机的转动惯量;同时以Dg表达阻转矩阻尼系数，且该系数与转速为正比关系;以Kg表示扭转弹性转矩系数，并以N表示齿轮箱速比。
（2）控制系统设计
在双馈异步发电机变桨控制器运行环节，系统以机械扭矩、发电机电磁扭矩和转速为输入，以发电机实际转速为输出，系统将基于PI控制器来调整风轮扭矩和转速的差值，进而获取桨距角指令，在限幅后将指令输入变桨执行器，以达到改变实际扭矩和发电机转速的效果。
在此环节，变桨动作将依照变桨执行器的指令而行。
基于风力发电机的特性，在变桨系统的PI控制器中引入风力机输出的机械转矩和电磁转矩，可以设计出变参数PI控制器。
基于公式：
可分别得到控制器参数Kp和Ki。
而后可将风力机输出的机械转矩和发电机电磁转矩之差设定为e，则控制器的参数将会跟随e而不断变化。
当发生电压跌落时，Te数值将会快速下降，则此时PI参数会随之扩大，这代表着系统需要输出大桨距角来减小e;反之，在电压恢复时，e的数值会快速降低，那么TL和Te之间的差异将不断缩小，则PI参数也会减小，系统快速输出的桨距角指令会相对较小。
鉴于转矩差值的大小与电压跌落幅度关系紧密，在设计控制器时就必须进行更加全面的考量，使其具备良好的控制能力，能有效抑制机组转速上升和功率波动大的问题。
在双馈异步发电机变桨控制系统设计环节，引入扭矩误差可以提升系统的控制性能，让系统运行更具有效性。
此外，在对控制系统设计时，设计人员还应该牢记变乱系统的最终桨距角指令，应该与转速反馈变桨控制器和功率补偿变桨控制器的指令和相同。
而且，当出现电压跌落时，LVRT变栾控制器需要及时提供桨距角指令。
3 结束语
总而言之，对于双馈异步发电机组而言，变桨控制系统是其核心装置，该系统的正常运行可以保障发电机组正常发电。
因此，在开展双馈异步发电机变桨控制系统设计环节，相关工作人员应该做好变桨控制器设计和低压穿越环节的变桨控制器设计，为保障其运行有效性提供辅助。
参考文献
[1] 王海.双馈异步风力发电机组变桨距控制研究[D].淮南：安徽理工大学，2018.
[2] 王海晶.永磁直驱风力发电机组的失速和变桨混合控制策略研究[D].呼和浩特：内蒙古工业大学，2018.。