兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)偏航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、風(fēng)能是綠色能源。風(fēng)力發(fā)電在解決能源和環(huán)境問(wèn)題上的積極意義，正在世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展，成為當(dāng)今世界增長(zhǎng)速度最快的能源，我國(guó)在風(fēng)力發(fā)電上的投入和研究也正進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。為提高風(fēng)能的利用效率和機(jī)械壽命，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究工作在世界各地廣泛的開(kāi)展，各種有效的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略、算法被提出，但多集中于槳葉控制、發(fā)電機(jī)控制與并網(wǎng)控制，偏航控制未能取得有效的發(fā)展。針對(duì)這方面的問(wèn)題，本論文展開(kāi)了相應(yīng)的研究。 無(wú)論是變槳矩系統(tǒng)還是偏航

2、系統(tǒng)，都是為了提高風(fēng)能的利用率和提高發(fā)電效率。就偏航系統(tǒng)而言，就是要完成風(fēng)力機(jī)葉輪始終正對(duì)風(fēng)向的功能。因?yàn)?，風(fēng)作為自然界的產(chǎn)物，具有隨機(jī)性，風(fēng)向總是在不斷的改變，偏航控制系統(tǒng)成為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的重要組成部分。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航控制系統(tǒng)，主要分為兩大類：被動(dòng)迎風(fēng)偏航系統(tǒng)和主動(dòng)迎風(fēng)系統(tǒng)。前者多用于小型的獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由尾舵控制，風(fēng)向改變時(shí)，被動(dòng)對(duì)風(fēng)。后者則多用大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由位于下風(fēng)向的風(fēng)向標(biāo)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)對(duì)風(fēng)

3、控制。為了有效的控制偏航系統(tǒng)，工業(yè)上開(kāi)發(fā)除了應(yīng)用卡爾曼濾波的 PI控制器，還有模糊控制、最優(yōu)控制等控制器，這些控制器的偏航控制信號(hào)均來(lái)源于風(fēng)向傳感器。因位于下風(fēng)向，受到紊流等各種不利因素影響，且自身的測(cè)向精度也存在不足，使得控制信號(hào)都不甚理想，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)風(fēng)精度不高，針對(duì)小型、獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，國(guó)外的研究者還提出了一種不需使用風(fēng)向標(biāo)傳感器的Hill Climbing控制算法，該算法的思想來(lái)源于人工智能，最初用于尋找函數(shù)最大值點(diǎn)，這里用于

4、檢測(cè)發(fā)電功率，根據(jù)功率的變化，配合相應(yīng)算法，來(lái)控制偏航電機(jī)的轉(zhuǎn)向，尋找最大功率值點(diǎn)，從而帶動(dòng)機(jī)艙始終迎風(fēng)。這樣的算法比較新穎，雖然可以取消風(fēng)向標(biāo)傳感器，但只適用于小型、獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，單獨(dú)使用該法不再適用。由于起動(dòng)和并網(wǎng)的需要，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要根據(jù)風(fēng)速儀、風(fēng)向標(biāo)等傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)、制動(dòng)、開(kāi)閘并確定起動(dòng)，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速一段時(shí)間后，進(jìn)行并網(wǎng)操作，開(kāi)始發(fā)電。因此，就目前的技術(shù)水平而言，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍需風(fēng)向傳感器作

5、為對(duì)風(fēng)的主要手段，但這并不意味著沒(méi)有改進(jìn)的方法。 本文在介紹了風(fēng)力機(jī)的偏航控制機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，基于上述對(duì)風(fēng)方法各自有優(yōu)缺點(diǎn)，首次提出了一種新型適用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的對(duì)風(fēng)偏航控制算法——Vane_Hill Climbing（V_HC）算法，將風(fēng)向傳感器的應(yīng)用和Hill Climbing算法相結(jié)合設(shè)計(jì)了控制器，給出了程序流程圖。并采用PSCAD仿真軟件，針對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真波形證