关于直驱式永磁同步风电机组变桨距控制策略的研究（2012年）

简介：
本文深入研究了应用于直驱式永磁同步风电机组中的变桨距控制策略，旨在提高风力发电效率和稳定性。 ### 直驱式永磁同步风电系统变桨距控制算法研究 #### 一、研究背景与意义 随着可再生能源技术的发展，风力发电作为一种清洁且可持续的能源利用方式获得了越来越多的关注。直驱式永磁同步风电系统由于其高效和可靠的特点，在风电领域得到了广泛应用。然而，当风电机组在运行过程中遇到超过额定风速的情况时，如何有效控制输出成为了一个关键问题。 #### 二、研究内容与方法 本项研究以直驱式永磁同步风电系统为对象，通过建立各部分的数学模型来构建整个系统的完整框架。针对该类机组非线性强和转动惯量大的特点导致变桨距控制困难的问题，提出了结合模糊自适应PID和模糊前馈技术的新型变桨距控制算法，并进行了仿真实验以验证其有效性。 ##### 1. 风电系统数学模型 根据直驱式永磁同步风电系统的结构特性，建立了发电机、控制器以及风力作用等部分的具体数学模型。这些理论基础为后续设计提供了支持。 ##### 2. 控制算法的设计与实现 考虑到高风速下控制的挑战性，我们引入了模糊自适应PID和模糊前馈相结合的技术方案来改善系统性能： - **模糊自适应PID**：传统PID控制器在应对快速变化的工作条件时可能表现不佳。因此，通过加入模糊逻辑机制来自适应地调整参数，使控制系统能够更好地响应各种情况。 - **模糊前馈控制**：除了反馈调节外，还引入了基于预测的风速变换来预先设定桨叶角度的技术手段，进一步提高了系统的反应速度。 ##### 3. 实验分析 为了评估新算法的效果，在不同的工况下进行了仿真实验。实验结果表明，当实际运行中的风速超过额定值时，该控制策略能够有效地调节输出，并且与传统的模糊和PID方法相比表现出更好的稳定性和动态性能。 #### 三、实验结果与讨论 在相同条件下的对比分析中发现： - 在高于设定的风速条件下，三种不同的控制算法都能够成功地管理机组产生的电力。 - 相较于其他两种方法（即纯模糊逻辑或标准PID），新提出的结合了自适应调节和前馈机制的方法显示出更强的稳定性和响应速度，尤其是在面对迅速变化的情况时更为突出。 #### 四、结论 本研究聚焦直驱式永磁同步风电系统在高风速环境下的控制难题，并提出了一种创新性的变桨距策略。通过理论分析及实验验证确认了其优越性与适用性。这项工作对于提升此类系统的整体性能具有重要意义，未来的研究可以进一步探讨该算法的实际应用效果以及如何优化以适应更加复杂的工作条件。