为得到风电机组并网发电控制精准的控制指令,基于控制需求探究风力机的输出特性规律,并对其气动转矩进行精准建模。将实测数据与ANSYS仿真相结合,对AH-30 kW变桨距风力发电机叶片形变受典型材质影响和输出特性规律进行研究。结果表明中小型风力机因叶片材质不同而产生的弹性形变为细微形变,对风力机转矩模型和机组控制影响可忽略。风力机输出转矩受风影响存在较大波动和抖颤,需全面考虑多源扰动对机组控制性能的影响。利用实测数据与Fluent仿真相结合手段,修正后的风力机气动转矩数学模型与Fluent仿真输出误差为5.6%,能够较好反映真实风力机输出特性,为风电机组的并网发电控制奠定了一定理论基础。

建立了波浪模型,分析了风力机气动载荷和气动转矩中与水动频率相关的脉动分量产生的原因,并基于GH Bladed平台仿真验证了这种脉动的存在性。为减小这种脉动以及风切变和塔影效应对风力机产生的影响,将积分后的塔顶振动加速度信号与统一变桨距参考信号叠加,减小统一变桨距信号,结合风力机输出功率的3倍频风轮旋转频率(3P)脉动分量以及每支叶片的方位角将其转换为该叶片的桨距角调节信号,实现变桨距控制。仿真结果表明,所提变桨距控制策略不仅能有效平缓风、浪引起的海上风力机叶根挥舞载荷的脉动,还能明显减小其气动转矩以及输出功率的波动,在减小风轮疲劳载荷的同时提高了海上风力机的输出电能质量。

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程...