兆瓦级风力机偏航控制系统设计研究

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1、兆瓦级风力机偏航控制系统设计研究摘要风能是绿色能源。风力发电在解决能源和环境问题上的积极意义，正在世界范围内得到快速发展，成为当今世界增长速度最快的能源，我国在风力发电上的投入和研究也正进入一个快速发展的时期。为提高风能的利用效率和机械寿命，风力发电机组的研究工作在世界各地广泛的开展，各种有效的风力发电机组控制策略、算法被提出，但多集中于桨叶控制、发电机控制与并网控制，偏航控制未能取得有效的发展。针对这方面的问题，本论文展开了相应的研究。无论是变桨矩系统还是偏航系统，都是为了提高风能的利用率和提高发电效率。就偏航系统而言，就是要完成风力机叶轮始终正对风

2、向的功能。因为，风作为£1然界的产物，具有随机性，风向总是在不断的改变，偏航控制系统成为水平轴风力发电机组控制系统的重要组成部分。风力发电机组的偏航控制系统，主要分为两大类：被动迎风偏航系统和主动迎风系统。前考多用于小型的独立风力发电系统，由尾舵控制，风向改变时，被动对风。后者则多用大型并网型风力发电系统，由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对风控制。为了有效的控制偏航系统，工业上开发除了应用卡尔曼滤波的PI控制器，还有模糊控制、最优控制等控制器，这些控制器的偏航控制信号均來源于风向传感器。因位于下风向，受到紊流等各种不利因素影响，且自身的测向精度也

3、存在不足，使得控制信号都不甚理想，进而导致对风精度不高，针对小型、独立的风力发电机组，国外的研究者还提出了一种不需使用风向标传感器的HillClimbing控制算法，该算法的思想来源于人工智能，最初用于寻找函数最大值点，这里用于检测发电功率，根据功率的变化，配合相应算法，来控制偏航屯机的转向，寻找最大功率值点，从而带动机舱始终迎风。这样的算法比较新颖，虽然可以収消风向标传感器，但只适用于小型、独立的风力发电机。对于人型风力发电机组，单独使用该法不再适用。由于起动和并网的需更，人型风力发电机组需更根据风速仪、风向标等传感器数据，对风、制动、开闸并确定起动

4、，达到同步转速一段时间后，进行并网操作，开始发电。因此，就目前的技术水平而言，大型风力发电机组仍需风向传感器作为对风的主要手段，但这并不意味着没有改进的方法。木文在介绍了风力机的偏航控制机构、驱动机构以及控制系统的软硬件设计的基础上，基于上述对风方法各口有优缺点，首次提出了一种新型适用于人型风力发电机组的对风偏航控制算法——Vane_HillClimbing(V_HC)算法，将风向传感器的应用和HillClimbing算法相结合设计了控制器，给出了程序流程图。并采用PSCAD仿真软件，针对双馈风力发电机组上进行仿真实验，仿真波形证明此种算法是有效与可行

5、的。关键词：风力发电，风向信号，偏航控制系统，偏航机构，V_HC控制THEDESIGNANDRESEARCHOFTHEYAWCONTROLSYSTEMFORWINDTURBINEABSTRACTWindenergyisagreenenergy.Windpowergenerationrapidlydevelopallovertheworldbecauseitisbeneficialtoenergydevelopingandenvironmentimproving.WindpowerwillfleetlydevelopinChina,too.Forthes

6、akeofimprovingtheefficiencyofwindenergyandincreasingthelifeofthemechanicalpart,allkindsofresearchforWTGSwillwidelydevelopinmanycountries,manykindsofcontrolarithmeticandstrategyforWTGShavebeenadvanced.Butmassofthemfocusedonbladescontrol,powergenerationcontrolandmergingcontrol,the

7、technologyforyawsystemwasn'tstilldevelopedforalongtime.Therefore,aimatthissubject,relatedresearchanddesignwillbereportedinthisthesis・Whetheritispitchsystemoryawsystem,itisofgreatimportanceforimprovingtheefficiencyofusingwindenergy.Fortheyawsystem,itmustcontrolthecabinalwayswindw

8、ard.Becausethewinddirectionisalwaysceaselesslyc