永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)傳動(dòng)鏈載荷控制研究.pdf

1、當(dāng)前，煤炭、石油等不可再生的能源是支撐人類生活的重要能源。然而，伴隨著全球人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)的不斷快速增長(zhǎng)，人類生活中對(duì)能源資源的需求量也在不斷的急速上升，由于這些資源都是屬于不可再生的能源，它們的儲(chǔ)存量也是十分有限的，因此，世界能源的短缺問(wèn)題也越來(lái)越受到大家的重視。這時(shí)，風(fēng)能作為一種無(wú)污染、可再生的能源得到了眾多的青睞，并且世界各相關(guān)部門都己對(duì)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目投入大量精力的研究。當(dāng)今風(fēng)電機(jī)組的主流機(jī)型為變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。然而，伴隨機(jī)組單機(jī)

2、容量的增大，以及風(fēng)速變化的隨機(jī)性使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的載荷特性也變得非常復(fù)雜，甚至對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的使用壽命造成了嚴(yán)重影響。
　　因此，本文以永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為對(duì)象，通過(guò)分析整體風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)以及其氣動(dòng)特性，綜合考慮了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度及控制目標(biāo)，最終選取了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的兩質(zhì)量塊等效模型，建立其狀態(tài)空間方程。針對(duì)低風(fēng)速近額定風(fēng)速區(qū)域，機(jī)組因反饋信號(hào)存在的遲滯導(dǎo)致發(fā)電機(jī)功率以及轉(zhuǎn)速波動(dòng)、機(jī)組載荷增大等控制問(wèn)題進(jìn)行了研究。在研究了傳

3、統(tǒng)變槳距控制策略后，本文提出了將傳統(tǒng)PID變槳距控制與基于風(fēng)擾動(dòng)的自適應(yīng)前饋補(bǔ)償控制策略相結(jié)合的變槳控制策略。自適應(yīng)前饋補(bǔ)償控制策略是根據(jù)隨機(jī)風(fēng)速的實(shí)時(shí)變化量，控制器給出最佳的槳距角修正量，與傳統(tǒng)PID變槳距控制器輸出的參考槳距角相加，將其整體作為變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的槳距角設(shè)定值，在線實(shí)現(xiàn)了對(duì)槳距角參考值的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償修正。仿真表明：當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，前饋補(bǔ)償變控制器能夠快速使風(fēng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩保持在額定轉(zhuǎn)矩附近，減小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)以及風(fēng)電機(jī)組傳

4、動(dòng)鏈扭振，從而降低風(fēng)電機(jī)組承受的氣動(dòng)載荷使得系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)。
　　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為一個(gè)強(qiáng)非線性、強(qiáng)干擾以及強(qiáng)耦合的多輸入多輸出系統(tǒng)，通常采用的系統(tǒng)模型只能夠在局部范圍內(nèi)具有很好地控制效果。在額定風(fēng)速以上時(shí)，采用多模型預(yù)測(cè)控制，將此段風(fēng)速區(qū)域劃分為若干個(gè)子區(qū)域，根據(jù)各個(gè)區(qū)域的控制要求，選取系統(tǒng)的多個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行工作點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行線性化處理，得到系統(tǒng)的線性化模型，建立系統(tǒng)的模型庫(kù)并單獨(dú)設(shè)計(jì)其預(yù)測(cè)控制器，根據(jù)設(shè)計(jì)的切換算法切換到與系統(tǒng)最匹配