风机控制策略优化研究项目——开题报告.ppt

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1、双馈型风机控制策略及载荷优化余真鹏二Ｏ一五年八月新能源技术研究所博士后进站开题报告项目研究背景研究内容计划已取得的研究进展合作模式下阶段研究计划22项目研究背景截止2014年底，集团公司（含新能源公司）在役风场130以上，累计安装风电机组6000余台，风电累计装机容量达到1139万千瓦。随着风电并网价格的下调，以及弃风限电日益严重，如何提高风电机组的年发电量，如何保证风电场的经济效益，成为集团公司新能源板块面临的首要问题。目前，集团下属的大部分风场普遍存在功率曲线无法达设计值的问题，即风力机制造商提供的设计功率曲线与测试所得的功率曲线的差别很大，这一问题严重影

2、响了风电机组的年发电量和风电场的经营效益。因此，功率曲线问题已经引起集团公司领导的高度重视，必须尽快解决。3集团风场主控系统现存问题电网适应性要求越来越高，早期的控制系统难以满足相关要求；系统开放性差，业主权限较低，无法实现功能扩展（如辅助设备自动控制）或集控接入；主控系统反应较慢、效率较低、调节品质较差；随着投产时间的逐年增加，主控故障率升高，影响发电生产；随着新产品的应用普及，旧的系统即将停产，配件价格与维护费用高昂，且采购周期延长。部分主控系统控制算法落后，未能充分利用风能发电，具有较大改善潜力。4优化功率曲线的常用手段改善叶片的气动性能（设计与制造）；

3、增加叶片长度（设计与制造）；提升传动链与电气设备的效率（设计与制造）；风电机组自用电消耗（偏航、变桨、液压站、增速箱和发电机冷却、电控柜加热及冷却）；增大额定发电功率的设定值（存在安全隐患）；优化风机微观选址，挪移机位；升级控制系统硬件，增强可靠性（设备制造）；采用更先进的控制策略，提升风能的吸收和转换效率。对于已经投运的机组，优化升级控制策略最具可行性！56控制系统主要任务尽量捕捉更多的风能，提升发电量降低风机运行中的气动载荷、疲劳载荷，减少振动保障风机自身安全与电网安全满足电能质量要求控制系统硬件可靠，减少非正常停机靠近居民区的风机需要严格控制噪声7双馈风

4、电机组的基本控制策略双馈风电机组运行目标轨迹风机转速达到并网要求，恒转速运行（AB段）额定转速以下，转速跟随风速变化，最大吸收风能桨距角保持在最佳设计值（BC段）额定转速以上，额定风速以下，恒转速运行（CD段）额定风速以上，变桨控制，保持恒功率运行（D点）研究内容规划双PI（比例积分）控制策略设计控制参数温度自适应修正算法开发初步构成了双馈风电机组控制策略的研究框架变桨PID（比例积分微分）控制策略设计变桨控制与转矩控制切换逻辑设计传动链加阻尼功能设计塔架加阻尼功能设计转速区间跳跃功能设计风机低噪声运行模式控制策略设计提升发电量载荷（含振动）优化降低噪声8独立

5、变桨控制目前的研究进展1）基于Matlab的Simulink仿真平台，初步搭建了风电机组的仿真模型；2）开发了双PI转速—转矩控制策略，并与传统的查表法，通过仿真验证了双PI控制策略的优越性；3）已设计最优模态增益值自适应修正算法，进行了仿真验证；4）已设计额定风速以上的变桨PID控制策略，初步设计了转矩与变桨控制的切逻辑，进行了仿真验证。9风电机组简单模型1）风轮模型：风轮吸收功率最佳风能吸收系数10风电机组简单模型2）传动链模型（假定传动链为刚性连接）：3)变桨模型4）发电机模型（发电机的惯性远远小于风轮）：11Simulink风电机组仿真模型12额定风速

6、以下，双PI控制策略13双PI控制策略（与查表法仿真对比）14双PI控制策略（与查表法仿真对比）Cp值大约提高0.003-0.00515双PI控制策略（与查表法仿真对比）功率大约提升15kW-30kW,占额定功率1%-2%16最优模态自适应算法17最优模态自适应算法当实际空气密度比设计值偏大（小）0.2Kg/m^3时，自适应算法比定值算法发电功率高4000W—5000W（风速7m/s）。18额定风速以上变桨PID控制在高于额定风速时，设计变桨PID控制器，限制风能吸收，并配合发电机转矩控制，实现输出功率稳定在额定值的目标；19202122额定风速附近，变桨控制

7、与转矩控制频繁切换问题控制器参数设计（调试）问题变桨PID控制器Kc=0.02变桨PID控制器Kc=22324仿真中使用风机的基本参数额定功率风轮半径齿轮箱变速比发电机最大转速发电机并网最低转速1.5MW41m1042000r/s1030r/s发电机转动惯量风轮转动惯量发电机最大转矩低速PI恒转速设定发电机额定转速78Kgm^25775878Kgm^210000Nm1200r/s1800r/s发电机功率调节时间常数最佳Cp设计值最佳叶尖速比设计值风速单次阶跃变化幅值风速随机变化方差0.04s0.488.13、6m/s1(m/s)^2变桨执行机构时间常数最大变桨

8、角度最小变桨角度变桨速率最大限制转矩调