【摘 要】
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风能是一种清洁的绿色能源,在世界上得到了广泛的重视与发展。随着风电机组单机容量的不断增大,设计和制造技术不断提升,风电机组的优化运行问题成为行业关注的重点。风电机组通过优异的控制策略和方法,能够优化机组的功率,输出更多的电能,并且降低机组所承受的载荷,进而增加机组的运行寿命。在国家重点研发计划课题“大型海上风电机组传动链关键部件优化设计和批量制造工艺及检测技术”(2018YFB1501304)的资
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风能是一种清洁的绿色能源,在世界上得到了广泛的重视与发展。随着风电机组单机容量的不断增大,设计和制造技术不断提升,风电机组的优化运行问题成为行业关注的重点。风电机组通过优异的控制策略和方法,能够优化机组的功率,输出更多的电能,并且降低机组所承受的载荷,进而增加机组的运行寿命。在国家重点研发计划课题“大型海上风电机组传动链关键部件优化设计和批量制造工艺及检测技术”(2018YFB1501304)的资助下,针对变速恒频风电机组的功率优化问题,主要研究内容和成果如下:(1)变速恒频风电机组的控制建模及功率特性影响因素研究介绍了变速恒频风电机组的结构以及各个运行控制阶段的控制目标与控制方式,建立了变速恒频风电机组的线性化模型。分析了桨距角、偏航角以及转速对风电机组功率特性的影响,重点研究了风湍流对风电机组功率特性的影响,揭示了 Kaimal湍流和Mann湍流对风电机组功率特性的作用规律。(2)基于转速滤波与风速前馈的控制策略研究通过研究转速滤波,对转速滤波参数进行优化,设计了低通滤波和带阻滤波器;在对转速进行滤波的基础上,通过重构气动转矩得到风速的估计值,建立了风速前馈控制模型,并通过Bladed软件仿真验证了其有效性。(3)基于风速前馈与LPV增益调度的集成变桨控制策略研究进行风电机组状态空间线性化数学建模;构建了减小线性化建模误差的LPV(linear parameter varying,LPV)增益调度控制增益调度控制器,提出了基于风速前馈与LPV增益调度控制的集成变桨控制方法。通过Bladed软件仿真分析,研究结果表明相较于传统PI(Proportion-Integration,PI)控制,基于风速前馈与LPV增益调度控制的变桨控制策略在湍流风况下转速和功率标准差分别下降了40.4%和27%,在阵风风况下转速和功率标准差分别下降了 45.9%和42.6%,有效降低了转速和功率的波动,提高了风电机组运行的稳定性。
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