风电机组的开放移动控制结构和主控系统设计

针对风电机组点对点封闭结构和随机非线性问题,提出了风电机组的开放移动控制结构和功率曲线LUT线性化方法。在风电机组的线性化转矩和变桨开放移动控制结构框架里,采用PLCopen移动控制系统设计标准设计风电机组主控系统。基于PLCopen标准的风机主控系统设计方法明确了风机转矩和变桨控制器的设计依据和开发标准,对风电机组的主控系统设计和风机整机控制系统集成有指导意义。     

一种基于改进自抗扰控制器的风电机组变桨距控制策略

为了改善风电机组的恒功率输出区域的动态性能,提出了一种基于改进自抗扰控制器的变桨控制策略。当风速高于额定风速时,通过调节桨距角改变风机气动转矩,保证风机输出功率的稳定性。设计了一个改进的连续光滑的非线性函数,可有效提高系统的抗扰动能力。基于该非线性函数对传统自抗扰控制器做出了改进。仿真结果证明,改进自抗扰控制器的变桨距控制系统能够对桨距角进行精确调整并将输出功率快速稳定到额定值附近,具有较快的响应速度及较好的抗扰动能力。     

基于模糊物元分析的变桨系统状态评估方法

针对现有风电机组状态评估方法实时可靠性差和过多人为因素影响的问题,提出了模糊物元分析评估方法,以实现对机组状态的准确评估.选择故障率较高的变桨系统为研究对象,分两步构建了变桨系统状态评估模型:1)分别以3σ准则和四分位分析法对变桨参数分类处理,避免对参数分布的主观评判;用ANFIS算法对数据进行训练来减小极端值影响,获得多特征参数故障检测结果.2)基于模糊物元分析理论,将上一步多特征参数检测结果作为模糊量值代入物元评估模型中,实现了检测结果模糊值与等级评价指标的统一.应用该方法对风电机组实际运行状态进行了测试,结果表明:与传统二元决策方法相比,能够明显反映变桨系统的运行状态,具有更好的评估效果.从定性角度对比分析,该方法较模糊综合评判方法、传统物元分析方法在变桨系统状态评估方面更有优势.     

基于遗传粒子群算法风电机组变速与变桨系统PI控制器设计

为了提升风电机组的控制精度并降低关键承载部件的载荷情况，通过遗传粒子群方法研究了变速与变桨系统PI控制器的设计。首先，采用泰勒级数将风电机组线性化展开为状态空间方程。然后通过提取输入、输出和平衡点分别构建变速与变桨系统的数学模型。其次，分别采用Routh法和最小二乘法将变速与变桨系统辨识为低阶惯性系统和惯性时延系统。然后分别基于时间加权绝对误差积分准则和Chien-Hrones-Reswick法整定变速与变桨系统PI控制参数。最后，采用帕累托方法分配控制目标的权重关系并基于遗传粒子群算法优化变速与变桨系统PI控制参数，进而采用最小二乘法将其分别与风速和桨距角拟合构建自适应PI控制。结果表明：在变速控制中能够有效提升输出功率并抑制塔架顶部侧向振动；在变桨控制中能够有效平抑输出功率和发电机转速波动并降低叶片根部载荷情况。可见通过遗传粒子群方法设计的变速与变桨系统PI控制器具有良好的有效性和适用性。     

基于mcODM-STA的风电机组变桨系统故障诊断

针对风力发电机组变桨系统故障诊断模型参数难以优化问题,提出了基于状态转移算法优化多类最优间隔分布机(multi-class Optimal Margin Distribution Machine optimized by the State Transition Algorithm,mcODM-STA)的风电机组变桨系统故障诊断方法.该方法选择风电机组功率输出作为主要状态参数,利用Pearson相关系数对风电数据采集与监视控制系统中风电机组历史运行数据进行相关性分析,剔除与功率输出状态参数相关性较低的特征,对余下特征进行二次分析,减少样本特征.将数据集分为训练集和测试集,训练集用来训练所提故障诊断模型,测试集用来进行测试.利用国内风电场实际运行数据进行实验验证.实验结果表明,与其他多种参数优化方法相比,所提方法故障诊断准确率和Kappa系数更高.     

减小风剪、塔影和湍流效应的独立变桨控制研究

针对现阶段兆瓦级风力发电机组(简称风力机组)运行在高风速时,由于风剪、塔影、湍流等因素影响,传统的PI统一变桨控制不能很好控制叶轮的不平衡载荷问题,提出了基于叶根载荷反馈的独立变桨控制策略。首先使用Bladed平台计算翼型的气动参数,再将各叶片的叶根载荷通过d-q坐标变换送入PI控制器中计算出各叶片最佳增益;其结果经过d-q坐标逆变换,获得各叶片附加桨距角,在统一变桨的基础上实现对各叶片独立变桨的控制。通过对叶根载荷和叶片挥舞弯矩仿真分析,验证了建立的独立变桨控制策略的优越性。     

海上浮式风电机组变桨距自抗扰控制策略研究

为有效抑制由随机风、浪载荷引起的海上浮式风电机组发电功率波动,提出了变桨距线性自抗扰控制(LADRC)策略。综合考虑气动力、水动力、结构弹性和变桨距控制等影响因素,建立5 MW级海上浮式风电机组气弹水控耦合系统动力学模型,基于恒转矩控制目标设计变桨距线性自抗扰控制器,分别采用带宽整定法和BP神经网络整定法对控制器参数进行整定,对比分析变桨距线性自抗扰控制对发电功率波动的抑制效果。研究结果表明:采用带宽整定和BP神经网络整定的变桨距线性自抗扰控制可以有效地改善海上浮式风电机组变桨距灵敏度,抑制发电功率波动。     

基于改进DDPG算法的机器人路径规划算法研究

为解决深度强化学习训练时间长、收敛慢的问题,该文针对未知环境下的机器人路径规划,基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法,结合人工势场法设计了回报函数。为了符合机器人运动学模型,设计连续的状态和动作空间。采用Python语言,在不同地图下分别使用人工势场法、原始DDPG和该文改进的DDPG算法进行仿真对比实验。改进的DDPG算法通过结合人工势场法,在训练中能够给予模型一定的指引,减少训练的盲目性和随机性,从而大大缩短训练时间,更早得到优化模型。训练1000回合后,原始DDPG算法的成功率为70%,改进DDPG算法的成功率为92%。     

双馈风力发电机的一次调频控制

风电机组并网冲击导致系统惯性降低,双馈风机发电机可通过对励磁电流的控制改变电机转速,从而利用转子动能调节功率支撑,减小对电网的扰动.针对变速风电机组的综合调频问题,通过对风力发电机一次调频特性的分析,结合矢量控制调功、附加功率惯性控制和PI变桨控制技术,实现了双馈风机一次调频组合控制,基于Matlab搭建了双馈风机发电系统仿真模型,仿真结果显示所采用的组合控制方案能对系统提供功率支撑,提高了系统频率稳定性.     

大型风电机组关键承载部件主动阻尼降载优化控制

为降低大型风电机组关键承载部件的载荷和疲劳损伤,通过施加主动阻尼控制来进行降载,从而延长机组关键承载部件寿命。首先从理论上分析主动阻尼控制的基本原理与其关键控制参数,并应用FAST与MATLAB的联合仿真平台分别对叶片、塔架、传动链施加主动阻尼控制进行仿真,根据仿真结果分析了5 MW风电机组关键承载部件主动阻尼控制的有效性。然后设计在现有变桨功率控制环上加入主动阻尼控制环的独立变桨控制策略,同时建立一种适用于载荷控制效果评估的疲劳损伤计算方法,利用遗传算法以风机关键承载部件疲劳经济损失最小为目标进行各主动阻尼控制器与独立变桨控制器参数的联合优化。最后对算例机组进行了独立变桨载荷控制仿真,仿真结果表明,所设计的独立主动阻尼控制策略与参数优化方法在不影响功率控制的同时能够降低关键部位的疲劳载荷,并且能够取得最优化控制效果。     

基于权系数法的功率和载荷协同控制策略

针对大型风机在高风速区由风剪切效应引起的输出功率波动和叶轮不平衡载荷，从功率和载荷两个维度出发，以NREL公司的5MW陆基风机为对象，提出一种基于权系数法的功率和载荷双目标协同的独立变桨控制策略。首先，以遗传算法优化的PID作为主控制器，通过风轮转速反馈得到统一变桨距角；其次，根据方位角反馈得到各桨叶的动态权系数，以此调整各桨叶的桨距角；最后，将叶根挥舞力矩反馈给模糊PID控制器得到载荷影响下的桨距角微调量，并对桨距角进行修正。通过FAST和Matlab/Simulink平台联合仿真，将所提控制策略与统一变桨距控制和独立变桨PI控制对比分析。结果表明，所提控制策略能有效地将输出功率稳定在额定功率附近，并且对于降低风轮不平衡载荷具有显著效果。     

大气湍流下风力透平的性能预测

本文建立了大气湍流输入模型和气动性能响应模型.运用本文的模型和求出的系统响应所预测的风力透平输出功率的波动范围与实测结果相符.     

基于深度强化学习的无人机姿态控制器设计

为了能让四旋翼无人机的姿态控制器具有强大的目标值追踪与抗外部干扰的能力，本文提出了一种基于参考模型的深度确定性策略梯度的四旋翼无人机姿态控制器设计，该方法通过神经网络，将四旋翼无人机的状态直接映射到输出，文中用到的强化学习算法是结合深度确定性策略（DDPG）和深度神经网络所设计的。在DDPG算法结构中，进一步加入参考模型，规避控制量太大造成的系统超调，增强了系统的稳定性以及鲁棒性。同时，修改了强化学习中奖励的构成，成功消除了系统的稳态误差。经过研究实验表明，该控制方法对目标值的追踪以及抗外部干扰都有着很强的鲁棒性，可见该控制器相比于传统的控制器，提高了其目标值追踪能力以及抗干扰能力。     

基于改进灰狼优化的开关磁阻风力发电最大功率点跟踪控制策略

以中小型开关磁阻风力发电机为研究对象，针对发电过程中，在不同风速条件下最大功率点跟踪控制快速性和准确性的需求，提出一种基于自适应加权灰狼优化PID算法的最大功率点跟踪控制策略。当外界风速发生变化时，根据实时风速计算出风力机最佳转速，其与实际转速的差值作为加权自适应灰狼优化PID控制算法的输入，作为转速闭环的PID控制参数，从而输出电压脉宽调制的最优占空比，实现变风速下的最大功率点跟踪控制。仿真结果表明，与传统PID控制相比，自适应加权灰狼优化PID算法能够在风速变化情况下，更加快速准确地实现最大功率点跟踪控制。     

基于高阶滑模观测器的风机改进反演滑模控制

针对风电机组风速波动幅度大、发电机转矩抖振大、功率无法平滑输出等问题,同时考虑风电机组中部分状态参数难以准确测量的问题,设计一种基于高阶滑模观测器的改进反演滑模控制策略。通过在反演设计中引进积分项来实现系统的有效控制和全局调节。采用高阶滑模观测器来实现时估计系统的状态,避免了直接测量会引入高频噪声的问题,使系统在外界扰动干扰的情况下具有较强的鲁棒性。为了验证算法的优越性在MATLAB中进行控制器仿真实验。最后通过仿真证明了所提方法的正确性,可行性。     

双馈风机系统最大功率控制研究

我国乃至全球风力发电技术目前还不够成熟,在发电过程中存在很大的损耗。 众多解决方法都存在着抗干扰性(即稳定性)较差,响应速度较慢的问题,难以精确迅速地跟踪最大功率点,实现双馈电机的最大输出,而且由于风力机响应时间常数大、精度低、动态调节能力差,风速检测比较困难,很难通过调节风 力机转速实现最大风能追踪。 为了解决这些问题,提出以双馈电机定子输出反馈给电网的功率最大为目标,建立基于电网电压定向下的 DFIG 数学模型,并在此模型基础上引入模糊控制,实现双馈电机最大功率点跟踪策略(把追寻双馈电机定子输出给电网电能最大控制策略统一称之为最大功率点跟踪策略)。 最后,通过MATLAB 进行仿真和实验不同风速条件下的动态调节性能,实现了双馈电机最大功率点跟踪的稳定性和灵敏度提高,并且在风速变化的情况下也能迅速进行最优控制。 因此,该方法理论具备参考和利用价值。     

旋转作用下水平轴风力机气动性能分析

为研究水平轴风力机在大气边界层近地面非定常来流作用下气动耦合特性,建立基于剪切应力传输(SST)湍流模型的计算流体力学(CFD)模型和静力结构模型。为模拟风轮在近地面的气动状态,通过单向流固耦合方法对流场均匀入流风速和旋转效应作用下不同工况进行数值耦合计算,求解风力机流场中的速度场、压力场、结构响应状态以及输出功率,分析对比流场不同方向风力机周围速度变化、表面压力分布、结构应力应变规律、整体变形情况和功率变化。结果表明：在均匀来流和旋转共同作用下,流速和压力主要沿风轮径向变化,沿叶片展向至叶尖速度逐渐增大；整机结构附近有明显的气流扰动变化；停机工况和旋转工况(考虑旋转效应)塔影效应干扰下叶片变形在上下风区波动较大；入流风速大小对风力机输出功率有显著影响。     

基于聚类分区的风电场无功电压优化控制策略

随着风电渗透率的不断增大,并网风电场的机端电压稳定面临巨大挑战。研究了风电场内部各节点的无功电压特性,提出一种基于机组有功出力聚类分区的无功电压优化控制策略：通过 自动电压控制系统获取风电场当前的电压指标与实际运行数据,计算出风电场的无功需求;以历史有功出力数据对场内机组进行模糊C聚类分区;利用改进的粒子群算法寻找最优无功分配方案,对每一区域进行无功电压控制。在MATLAB上进行仿真,与传统根据各机组无功容量进行分配的方案进行对比,仿真结果表明,所提控制策略能够有效改善风电场并网点电压控制性能,减小风电场内机组机端电压的波动。