风机控制策略优化研究项目——开题报告2015-08

1、项目研究背景项目研究背景研究内容计划研究内容计划已取得的研究进展已取得的研究进展合作模式合作模式下阶段研究计划下阶段研究计划2 2项目研究背景项目研究背景3集团风场主控系统现存问集团风场主控系统现存问题题4优化功率曲线的常用手段优化功率曲线的常用手段56控制系统主要任务控制系统主要任务7双馈风电机组的基本控制策略双馈风电机组的基本控制策略风机风机转速转速达到并网要求，恒达到并网要求，恒转速运行（转速运行（AB段）段）额定转速以下，转速跟随风额定转速以下，转速跟随风速变化，最大吸收风能桨距速变化，最大吸收风能桨距角保持在最佳设计值角保持在最佳设计值（BC段）段）额定转速以上，额定风速以额定转速以

2、上，额定风速以下，恒转速运行（下，恒转速运行（CD段）段）额定风速以上，变桨控制，额定风速以上，变桨控制，保持恒功率运行（保持恒功率运行（D点）点）345678910051015x 105研究内容规划研究内容规划 双双PIPI（比例积分）控制（比例积分）控制策略设计策略设计 控制参数温度自适应修控制参数温度自适应修正算法开发正算法开发初步构成了初步构成了 变桨变桨PIDPID（比例积分微分）（比例积分微分）控制策略设计控制策略设计 变桨控制与转矩控制切换逻变桨控制与转矩控制切换逻辑设计辑设计 传动链加阻尼功能设计传动链加阻尼功能设计 塔架加阻尼功能设计塔架加阻尼功能设计 转速区间跳跃转速区间跳

3、跃功能设计功能设计 风机低噪声运行模式风机低噪声运行模式 控制控制策略设计策略设计提升发电量提升发电量载荷（含振动）优化载荷（含振动）优化降低噪声降低噪声8独立变桨控制独立变桨控制目前的研究进展目前的研究进展1 1）基于）基于MatlabMatlab的的SimulinkSimulink仿真平台，初步搭建了风电仿真平台，初步搭建了风电机组的仿真模型；机组的仿真模型；2 2）开发了双）开发了双PIPI转速转速转矩控制策略，并与传统的查表转矩控制策略，并与传统的查表法，通过仿真验证了双法，通过仿真验证了双PIPI控制策略的优越性控制策略的优越性；3 3）已设计）已设计最优模态增益值自适应修正算法，进

4、行了仿最优模态增益值自适应修正算法，进行了仿真验证真验证；4 4）已设计已设计额定风速以上的变桨额定风速以上的变桨PIDPID控制策略控制策略，初步初步设计设计了转矩与变桨控制的切逻辑，进行了转矩与变桨控制的切逻辑，进行了仿真验证。了仿真验证。9风电机组简单模型风电机组简单模型1 1）风轮模型：）风轮模型：风轮吸收功率风轮吸收功率最佳风能吸收系数最佳风能吸收系数32),(vRcPpr643215)(),(cecccccicip1035. 008. 0113i10风电机组简单模型风电机组简单模型2 2）传动链模型（假定传动链为刚性连接）：）传动链模型（假定传动链为刚性连接）：3)3)变桨模型变桨

5、模型4 4）发电机模型（发电机的惯性远远小于风轮）：）发电机模型（发电机的惯性远远小于风轮）：rgggrrggrrgndtdJnJTdtdJnJTnT)()(22gggTP11demands11SimulinkSimulink 风电机组仿真模型风电机组仿真模型12额定风速以下，双额定风速以下，双PIPI控制策略控制策略13双双PIPI控制策略（与查表法仿真对比）控制策略（与查表法仿真对比）010002000300040005000600070008000010002000时 间Omegag(b)-发 电 机 转 速 (r/min)01000200030004000500060007000800

6、00500010000时 间Torqueg(c)-发 电 机 转 矩 (Nm)0100020003000400050006000700080000510时 间wind(a)-风 速 (m/s)14双双PIPI控制策略（与查表法仿真对比）控制策略（与查表法仿真对比）0100020003000400050006000700080000.250.30.350.40.450.5时 间CpCp系 数Cp值大约提高值大约提高0.003-0.00515双双PIPI控制策略（与查表法仿真对比）控制策略（与查表法仿真对比）010002000300040005000600070008000024681012141

7、6x 105时 间Power功 率 (w)功率大约提升功率大约提升15kW-30kW,占额定功率占额定功率1%-2%16最优模态自适应算法最优模态自适应算法23goptZgKT3351),(5 . 0nCRKpopt17TppT000KTkPapmkg27333.101/225. 10030最优模态自适应算法最优模态自适应算法11.051.11.151.21.251.31.351.41.450.4730.4740.4750.4760.4770.4780.4790.480.4810.482空 气 密 度 (Kg/m3)风能利用系数Cp空 气 密 度 风 能 利 用 系 数 关 系 曲 线11.0

8、51.11.151.21.251.31.351.41.4544.24.44.64.855.25.45.65.8x 105空 气 密 度 (Kg/m3)功率空 气 密 度 发 电 功 率 关 系 曲 线当实际空气密度比设计值偏大（小）当实际空气密度比设计值偏大（小）0.2Kg/m3时，自适应时，自适应算法比定值算法发电功率高算法比定值算法发电功率高4000W5000W（风速（风速7m/s）。）。18额定风速以上变桨额定风速以上变桨PIDPID控制控制 在在高于额定风速时，设计变桨高于额定风速时，设计变桨PIDPID控制器，限制风能控制器，限制风能吸收，并配合发电机转矩控制，实现输出功率稳定在额定

9、吸收，并配合发电机转矩控制，实现输出功率稳定在额定值的目标；值的目标；192000.20.40.60.811.21.41.61.82x 104-100102030时间wind speedwind speed00.20.40.60.811.21.41.61.82x 104100012001400160018002000时间omeg转速00.20.40.60.811.21.41.61.82x 10402000400060008000时间tg转矩00.20.40.60.811.21.41.61.82x 104010203040时间桨距角2100.20.40.60.811.21.41.61.82x 1

10、04-2002040时间wind风速00.20.40.60.811.21.41.61.82x 10400.20.4时间cpCp00.20.40.60.811.21.41.61.82x 1040500010000时间Tg转矩00.20.40.60.811.21.41.61.82x 10402040时间Pitch桨距角00.20.40.60.811.21.41.61.82x 104012x 106时间Power功率221.421.441.461.481.51.52x 1045101520时 间wind风 速1.421.441.461.481.51.52x 10400.20.4时 间cpCp1.42

11、1.441.461.481.51.52x 104400060008000时 间Tg转 矩1.421.441.461.481.51.52x 104-4-20246时 间Pitch桨 距 角1.421.441.461.481.51.52x 1040.511.52x 106时 间Power功 率额定风速附近，变桨控制额定风速附近，变桨控制与转矩控制频繁切换问题与转矩控制频繁切换问题1.651.71.751.81.851.9x 104510152025时间wind speedwind speed1.651.71.751.81.851.9x 104170018001900200021002200时间om

12、eg转速1.651.71.751.81.851.9x 10460006500700075008000时间tg转矩1.651.71.751.81.851.9x 10401020时间桨距角1.51.551.61.651.71.751.81.851.91.95x 1040510152025时间wind speedwind speed1.51.551.61.651.71.751.81.851.91.95x 10410001500200025003000时间omeg转速1.51.551.61.651.71.751.81.851.91.95x 10402000400060008000时间tg转矩1.51.

13、551.61.651.71.751.81.851.91.95x 10401020304050时间桨距角控制器参数设计（调试）问题控制器参数设计（调试）问题变桨变桨PID控制器控制器Kc=0.02变桨变桨PID控制器控制器Kc=22324仿真中使用风机的基本参数仿真中使用风机的基本参数额定功率额定功率风轮半径风轮半径齿轮箱变速比齿轮箱变速比发电机最大转速发电机最大转速发电机并网最低发电机并网最低转速转速1.5MW41m1042000r/s1030r/s发电机转动惯量发电机转动惯量风轮转动惯量风轮转动惯量发电机最大转矩发电机最大转矩低速低速PI恒转速设恒转速设定定发电机额定转速发电机额定转速78K

14、gm25775878Kgm210000Nm1200r/s1800r/s发电机功率调节发电机功率调节时间常数时间常数最佳最佳Cp设计值设计值最佳叶尖速比设最佳叶尖速比设计值计值风速单次阶跃变风速单次阶跃变化幅值化幅值风速随机变化方风速随机变化方差差0.04s0.488.13、6m/s1(m/s)2变桨执行机构时变桨执行机构时间常数间常数最大变桨角度最大变桨角度最小变桨角度最小变桨角度变桨速率最大限变桨速率最大限制制转矩调节最大速转矩调节最大速率限制率限制0.4s87dec-3dec6dec/s750Nm/s下阶段研究计划下阶段研究计划2015.08-10 12015.08-10 1）PIDPID

15、控制器参数的设计方法需要深入研究控制器参数的设计方法需要深入研究 （控制器参数显著影响风机运行的稳定性和载荷）（控制器参数显著影响风机运行的稳定性和载荷）, , 目前的参数目前的参数只是试凑的只是试凑的方式，没有任何理论依据；方式，没有任何理论依据； 2 2）优化变桨控制与转矩控制切换逻辑，减少切换频率，）优化变桨控制与转矩控制切换逻辑，减少切换频率， 避免功率频繁跌落。避免功率频繁跌落。2015.11-12 2015.11-12 塔架加阻功能设计（变桨主动阻尼塔架加阻功能设计（变桨主动阻尼+ +陷波滤波器）陷波滤波器）2016.01-03 2016.01-03 传动链加阻尼功能设计传动链加阻

16、尼功能设计 （转矩主动阻尼（转矩主动阻尼+ +陷波滤波器）陷波滤波器）2016.04-06 2016.04-06 转速区间跳跃功能设计转速区间跳跃功能设计2016.06-12 2016.06-12 低噪声运行模式控制策略设计低噪声运行模式控制策略设计2015.08-2016.12 2015.08-2016.12 与外单位合作，在试验风机上实现所研究与外单位合作，在试验风机上实现所研究 的内容的内容 2526讨论问题讨论问题主动阻尼控制，关键是带通滤波器设计主动阻尼控制，关键是带通滤波器设计2222sssKGdtd 与丹麦与丹麦米塔米塔（ MitaMita ）合作）合作，开展风机主控系统改，开展

17、风机主控系统改造、风场功率控制优化升级，逐步造、风场功率控制优化升级，逐步获取米塔主控系统的获取米塔主控系统的控制策略和源代码程序，学习和掌握基于控制策略和源代码程序，学习和掌握基于ScadaScada数据的诊数据的诊断分析技能和主控系统调试经验。断分析技能和主控系统调试经验。 以此为基础，对主控策略以此为基础，对主控策略进行二次开发和优化完善，进行二次开发和优化完善，培养独立开展控制策略优化的能力，努力提升技术服务培养独立开展控制策略优化的能力，努力提升技术服务水平，为集团公司风场的发电能力和盈利水平作出贡献。水平，为集团公司风场的发电能力和盈利水平作出贡献。 目前，已联系山东烟台公司，将驿道二期风场作为目前，已联系山东烟台公司，将驿道二期风场作为与米塔合作的首个试验风场，计划今年与米塔合作的首个试验风场，计划今年9 9月完成月完成3 3台试验台试验样机的优化升级。样机的优化升级。 合作模式合作模式27合作模式合作模式 与华创风能合作与华创风能合作，共同开发风机双，共同开发风机双PIPI、传动链加阻、传动链加阻、低噪声等控制策略，进一步开发风场功率智能控制、状低噪声等控制策略