标题 | 一种风力发电机功率的自适应控制器设计 |
范文 | 罗小锁 摘要:针对风力发电机功率控制系统,本文提出一种自适应控制方法。首先得到风力发电机功率模型,然后根据该模型设计自适应控制器,最终通过仿真结果验证了该方法的有效性。 关键词:风力发电机;功率模型;自适应控制 中图分类号:TP273? ? ? ? ? ? ?文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2020)26-0025-02 21世纪的关键挑战之一是发展清洁能源,为未来的技术提供动力。工程师们已经开发出风能作为一种合适的能源解决方案。风力发电是世界上增长最快的清潔能源[1]。 如今,大多数风电场都位于偏远地区,以最大限度地获取风能,因此需要围绕维护活动进行仔细规划,以保持对风电场的访问频率较低。风力涡轮机的运营商正在寻求最大限度地利用这些涡轮机生产电力,同时将运营成本保持在最低水平。这就需要研究提高风力涡轮机运行可靠性和成本效益的方法。 风力机工作原理为风能分别通过叶片、传动系和发电机系统转化为机械能和电能。叶片通过轮毂连接到低速轴上。这种低速轴通过齿轮系统连接到高速轴上,用来在发电机上产生旋转力,从而产生所需的电力[2-3]。风力发电机建模设计到各个子系统,而每个子系统需要达到满意的控制效果,其中功率控制至关重要,研究方法诸多,本文提出一种基于变区域自适应控制的功率控制器,达到良好的控制效果。 1 风力发电机功率模型 为了进一步研究风力发电机组系统,需要建立风力发电机组的模型。建模所考虑的部件包括风模型、气动模型、俯仰系统模型、传动系统模型、发电机和变流器模型。模型的方程可由文献[4]和[5]得到。本文以发电机转矩和发电机产生的功率为建模量,模型如图1所示。转矩的动力学可以用一阶时滞系统来建模。 2 风力发电机功率自适应控制器 该风力发电机功率自适应控制器工作在两个区域,区域Ⅰ表示功率优化区域,区域Ⅱ表示功率参考区域,以100HZ的频率实施,控制器以区域Ⅰ启动。区域分布如图2所示。 从风力发电机组功率工作区域分布图可以看出,风力发电机仅能在有限的区域内工作,具体可分为区域I和区域II,分别表示部分负载区域和满负载区域。当风速低于切入风速时,即在进入I区以前,风力涡轮机不工作,不产生任何电能,风机处于待机状态,因为在此区域内运行成本超过了其所产生电能的价值。同样的,当风速超过切出风速时,即在II区以后,也没有电能产生,因为在超出切出风速时风力发电机被停止运行,从而保护它免受结构性过载。所以风机的功率控制主要集中在区域I和区域II。 3 仿真实例 为了验证所提控制器的有效性,满足恒功率因素输出要求,以风力发电机组功率作为控制目标。设置功率的参考值为[Pg,ref]=30 KVar。参考功率与实际功率跟踪曲线如图3所示,在所提出的控制策略下,达到了良好的调节效果。 4 结论 本文针对风力发电机功率控制系统,设计一种自适应控制器。自适应表现在通过不同区域设计不同的控制器,得到控制输出。并且通过仿真实验,验证了控制器的有效性。 参考文献: [1] 宋卓彦, 王锡凡, 滕予非, 等. 变速恒频风力发电机组控制技术综述[J]. 电力系统自动化, 2010, 34(10): 8-17. [2] 杨茂, 杨琼琼. 风电机组风速-功率特性曲线建模研究综述[J]. 电力自动化设备, 2018, 38(2): 34-43. [3] 陈柳, 罗治伟, 张虎,等. 双馈式风电机组的自适应Super-twisting功率控制[J]. 重庆大学学报, 2018, 41(4): 20-28. [4] P. F. Odgaard, J. Stoustrup, M. Kinnaert. Fault-Tolerant Control of Wind Turbines: A Benchmark Model[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2013, 21(4): 1168-1182. [5] L. L. Fan, Y. D. Song. Model reference adaptive fault-tolerant control with application to wind turbines[J]. IET Control Theory & Applications, 2011, 6(4): 1314-1319. 【通联编辑:梁书】 |
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