變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳控制及載荷優(yōu)化

薛藻芹

摘 要 本文結(jié)合實(shí)際案例，從如何選擇抑制變速風(fēng)力變化給電機(jī)組造成信后滯后影響等信息，能夠利用有效的信息將整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率及相關(guān)的額定風(fēng)速進(jìn)行有效的限制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個變速風(fēng)力發(fā)電的實(shí)際荷載控制技術(shù)問題。本文研究了傳統(tǒng)變槳控制技術(shù)，并按照相關(guān)的技術(shù)原理對整個反饋信號及相關(guān)信息進(jìn)行有效分析，從而實(shí)現(xiàn)降低風(fēng)電機(jī)組承受荷載能力及其相關(guān)性。

關(guān)鍵詞 變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 變槳控制 荷載優(yōu)化

中圖分類號：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

現(xiàn)階段，對于整個變速風(fēng)電發(fā)電機(jī)組來說，其主要的應(yīng)用環(huán)節(jié)及其變槳控制的相關(guān)性是整個變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行有效變化及控制的主要操作過程。在變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制時可以采用相關(guān)的控制器進(jìn)行有效的控制，從而實(shí)現(xiàn)將風(fēng)速范圍進(jìn)行有效的設(shè)定，調(diào)節(jié)風(fēng)速的最大化影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個風(fēng)速變化的隨機(jī)性。但是由于風(fēng)速的變化會引起整個風(fēng)電機(jī)組承受何在的最大優(yōu)化。當(dāng)風(fēng)力在不斷變化時，將會引起整個轉(zhuǎn)速的大幅下降，引起整個轉(zhuǎn)速的變化，從而造成功率的大幅波動，影響了輸出功率。針對變槳控制所產(chǎn)生的一系列問題，因此在整個降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動的過程中需要結(jié)合相應(yīng)的功率恒定，最后在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行仿真研究，驗(yàn)證相關(guān)的控制策略的可行性和有效性。

1風(fēng)力機(jī)變槳控制理論

1.1風(fēng)力機(jī)氣動特性分析

由氣動力學(xué)分析知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)從風(fēng)能捕獲到氣動功率中，整個氣動功率中及相關(guān)的風(fēng)能利用系數(shù)相比較。當(dāng)保持相應(yīng)的槳角 不變的情況下，會使得整個最大風(fēng)能系數(shù)的最佳尖速比進(jìn)行有效的分析。對于確定的尖速比 ，風(fēng)能利用系數(shù)在槳距角 = 0笆畢嘍宰畬螅？且隨著槳距角 增大，風(fēng)能利用系數(shù)明顯減小。因此在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，可通過調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)槳距角從而改變發(fā)電機(jī)輸出功率，使其穩(wěn)定在額定功率附近。

風(fēng)輪轉(zhuǎn)速或風(fēng)速改變將引起葉尖速比變化，影響風(fēng)能利用系數(shù)從而改變風(fēng)輪捕獲的機(jī)械功率，從而使得整個機(jī)電發(fā)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的關(guān)系。

1.2風(fēng)力機(jī)變槳控制

風(fēng)力機(jī)變槳的控制距離參考值及相關(guān)的電機(jī)轉(zhuǎn)速作為控制槳的距離進(jìn)行有效的分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個發(fā)電機(jī)組的相關(guān)性，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號及相關(guān)的誤差進(jìn)行有效的分析，實(shí)現(xiàn)誤差作為PID控制器的輸入性質(zhì)，從而使得整個控制器進(jìn)行槳距離的變化性。相應(yīng)的槳距離角的參考值，及相應(yīng)的變化性存在一定的分析性原因，它通過變槳控制器與相應(yīng)的 角與實(shí)際的槳距離角成為一定的參考值，所以對于整個變槳執(zhí)行力來說具有一定的改變性，影響了整個將槳距角的參考值。

2基于風(fēng)擾動的前饋補(bǔ)償控制器

基于以上分析可知，傳統(tǒng) PI 控制中固定增益不能滿足在大范圍風(fēng)速變化下的轉(zhuǎn)速控制。對于風(fēng)速的突變，變槳控制器的相應(yīng)速度不夠迅速，控制功率輸出效果并不理想。所以此次采用基于風(fēng)擾動的前饋補(bǔ)償控制對采用傳統(tǒng) PID 控制得到的參考槳距角進(jìn)行在線補(bǔ)償修正。在額定風(fēng)速以上，根據(jù)風(fēng)速實(shí)時變化量 計算出適配的槳距角修正量，與 PID 控制器輸出的槳距角相加，整體作為槳距角的設(shè)定值。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在風(fēng)速發(fā)生突變時，槳距角變化響應(yīng)速度慢于風(fēng)速的變化，可以參照上式槳距角與風(fēng)速的關(guān)系，根據(jù)風(fēng)速的變化量給出合適的槳距角修正量。通過計算得到控制增益 k。當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速，突變增大時，通過前饋補(bǔ)償控制得到槳距角補(bǔ)償量 ，此時槳距角參考值： * ref = ref + 。槳距角的增大允許槳葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)提前動作，減少風(fēng)輪吸收的風(fēng)能，使風(fēng)機(jī)以稍低于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的速度達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩，以防止功率超過額定值。當(dāng)風(fēng)速突降時，此時槳距角參考值： * ref = ref - 。由此可知，此時風(fēng)能利用系數(shù)增大，增加了風(fēng)能吸收，減緩了由于風(fēng)速突然下降引起的輸出轉(zhuǎn)矩突降，減少功率波動，使其維持額定值附近，同時減少了槳葉擺振載荷。從整個風(fēng)力發(fā)電的過程中及相關(guān)的變化性分析可以看出，發(fā)電機(jī)組的變槳控制機(jī)相關(guān)的荷載變化具有一定的變化，相應(yīng)的變化性及結(jié)果性可以進(jìn)行相應(yīng)的分析，使得整個PID的控制器與相關(guān)的槳距角具有一定的變化性，設(shè)定值與相關(guān)的已知數(shù)據(jù)之間的關(guān)系具有一定的分析性，其額定風(fēng)速的變化與相關(guān)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行的穩(wěn)定性具有一定的作用，此時可以通過得到相關(guān)的風(fēng)力機(jī)發(fā)電穩(wěn)定情況及相應(yīng)的槳距角的增值量進(jìn)行相應(yīng)的分析，使得整個風(fēng)速增量存在一定的關(guān)系。

3變槳距仿真結(jié)果與分析

風(fēng)力發(fā)電的變化主要與其相關(guān)的參數(shù)具有一定的關(guān)系，額定功率為2MW，且額定風(fēng)速為12m/s，空氣密度大小為1.225kg/m3，葉輪的半徑與相應(yīng)的風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動與相應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣性具有一定的相關(guān)性，使得整個發(fā)電機(jī)慣量為20kg/m2，在相應(yīng)的實(shí)際仿真的環(huán)境中，采用傳統(tǒng)的PI變槳距離與相關(guān)的風(fēng)擾動速率與相關(guān)的前饋補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的分析，實(shí)現(xiàn)整個仿真環(huán)境下的風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)仿真結(jié)果具有一定的相關(guān)性。可以看出，通過前饋補(bǔ)償控制，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動明顯減小，并且能夠更快發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的跟蹤額定轉(zhuǎn)速。槳距的響應(yīng)速度也有所提高，變化更加平滑，從而減少了槳距角頻繁動階躍風(fēng)下槳距角變化作而引起的疲勞載荷。當(dāng) 風(fēng)速隨機(jī)變化時，通過前饋補(bǔ)償，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速振隨機(jī)風(fēng)動波動明顯減小，發(fā)電機(jī)輸出功率比較平滑，能夠很好地穩(wěn)定在額定范圍內(nèi)。

4結(jié)束語

通過對兩種變槳距控制方法進(jìn)行仿真對比研究，仿真結(jié)果表明： 對于隨機(jī)不穩(wěn)定變化的風(fēng)的影響，采用前饋補(bǔ)償變槳距控制策略的風(fēng)力機(jī)葉片所受的擺振載荷與疲勞損傷要小于采用傳統(tǒng)變槳距控制策略的風(fēng)力機(jī)。并且采用前饋補(bǔ)償變槳距控制能夠顯著地減小了風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動，有效抑制了傳動鏈扭轉(zhuǎn)載荷振動，減小機(jī)組的疲勞載荷損害，延長了整個機(jī)組的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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