基于狀態(tài)空間的控制策略在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著降低風(fēng)能成本的需求，風(fēng)力發(fā)電機(jī)趨于大型化。風(fēng)力發(fā)電機(jī)從最初的幾十千瓦，到兆瓦級再到十兆瓦，乃至Upwind正在設(shè)計(jì)的20兆瓦樣機(jī)。大型化無疑存在一股不可抵抗的魅力，大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組降低了制造，運(yùn)輸以及維護(hù)的成本。但大型化是一把雙刃劍，越來越大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)也帶來了越來越嚴(yán)峻的工程考驗(yàn)。更大的風(fēng)輪直徑使得風(fēng)剪、湍流以及塔影的影響變得更加嚴(yán)重，導(dǎo)致風(fēng)輪平面的不平衡載荷也更加的嚴(yán)重。加上葉片本身質(zhì)量更大，跨度更長，安裝誤差導(dǎo)致的載荷也會(huì)被

2、放大。因此傳統(tǒng)的單目標(biāo)控制方法所能達(dá)到的效果已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)的需求。穩(wěn)定轉(zhuǎn)速已經(jīng)成為了最基本的要求，人們更希望控制系統(tǒng)能使風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲得更穩(wěn)定的功率輸出，更小的載荷波動(dòng)，更低的振動(dòng)幅度。基于狀態(tài)空間的多目標(biāo)現(xiàn)代控制方法使得實(shí)現(xiàn)這些多目標(biāo)控制成為可能。
　　論文研究了變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的模型建立，和線性化過程。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)空間方程。結(jié)合風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制策略的分析，嘗試了將現(xiàn)代控制方法應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。針對大型風(fēng)力

3、發(fā)電機(jī)受風(fēng)剪，湍流等影響導(dǎo)致不平衡載荷，以及傳動(dòng)鏈阻尼過小等問題進(jìn)行了相應(yīng)的研究。
　　傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制方法通常高于額定風(fēng)速區(qū)域采用恒定的轉(zhuǎn)矩，并通過變槳PI控制限制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速進(jìn)而限制風(fēng)能的吸收。恒定的轉(zhuǎn)矩控制導(dǎo)致傳動(dòng)鏈模態(tài)阻尼很小，容易激起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而導(dǎo)致傳動(dòng)鏈扭矩大幅度的波動(dòng)。針對這一問題,文中采用LQR方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩控制器，建立傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，并配置系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)，使其位于遠(yuǎn)離虛軸的左平面內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對傳動(dòng)鏈一階模