变速变桨风力发电系统的控制

随着全球能源问题日益严重，新能源受到世界的广泛关注，而风能因为其清洁性和可再生性成为新能源研究中的重点，对风能的开发和利用近些年来得到迅猛的发展。变速变桨风力发电机组作为风电领域的主流机型，其变桨距控制技术更是风电控制技术的研究重点之一。 本文主要对额定风速以上时风力发电变桨距控制系统进行研究。首先介绍了风力发电系统运行原理，建立了风力发电系统数学模型，由于变速变桨风力机具有很强的非线性，不利于控制器的设计，应用泰勒公式对风力发电系统数学模型在选定工作点处进行了线性化处理。为了保证额定风速以上时风力发电系统恒功率输出，对系统的控制器进行了设计。在进行控制器设计时，把风速当做系统的扰动输入，桨距角当做系统的控制输入。对一阶风机模型应用PID控制方法设计了桨距角控制器并且仿真验证了其控制效果。对于三阶风机模型，应用极点配置方法、最优二次型调节器设计方法和DAC控制器设计方法设计了系统的桨距角控制器，在matlab环境下进行仿真，结果表明，在考虑传动轴扭转弹力的变化时，应用极点配置方法和最优二次型调节器设计方法设计的全状态反馈控制律能够保证风力发电系统在工作点处恒功率输出，而DAC控制器可以使系统在风速偏离工作点处时，保证系统的恒功率输出。最后，为了减小风机系统运行过程中的机械载荷，对系统进行鲁棒H2/H∞多目标控制器的设计。仿真结果表明，在鲁棒控制器作用下，既保证了系统恒功率输出，又减小了风机运行过程中的机械载荷。