基于狀態(tài)空間的控制策略在變速恒頻風力發(fā)電機組上的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著降低風能成本的需求，風力發(fā)電機趨于大型化。風力發(fā)電機從最初的幾十千瓦，到兆瓦級再到十兆瓦，乃至Upwind正在設(shè)計的20兆瓦樣機。大型化無疑存在一股不可抵抗的魅力，大型的風力發(fā)電機組降低了制造，運輸以及維護的成本。但大型化是一把雙刃劍，越來越大的風力發(fā)電機也帶來了越來越嚴峻的工程考驗。更大的風輪直徑使得風剪、湍流以及塔影的影響變得更加嚴重，導致風輪平面的不平衡載荷也更加的嚴重。加上葉片本身質(zhì)量更大，跨度更長，安裝誤差導致的載荷也會被

2、放大。因此傳統(tǒng)的單目標控制方法所能達到的效果已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實的需求。穩(wěn)定轉(zhuǎn)速已經(jīng)成為了最基本的要求，人們更希望控制系統(tǒng)能使風力發(fā)電機獲得更穩(wěn)定的功率輸出，更小的載荷波動，更低的振動幅度?；跔顟B(tài)空間的多目標現(xiàn)代控制方法使得實現(xiàn)這些多目標控制成為可能。
　　論文研究了變速恒頻風力發(fā)電機組的模型建立，和線性化過程。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了風力發(fā)電機的狀態(tài)空間方程。結(jié)合風機運行控制策略的分析，嘗試了將現(xiàn)代控制方法應(yīng)用到風力發(fā)電機上。針對大型風力

3、發(fā)電機受風剪，湍流等影響導致不平衡載荷，以及傳動鏈阻尼過小等問題進行了相應(yīng)的研究。
　　傳統(tǒng)的風力發(fā)電機的控制方法通常高于額定風速區(qū)域采用恒定的轉(zhuǎn)矩，并通過變槳PI控制限制風輪轉(zhuǎn)速進而限制風能的吸收。恒定的轉(zhuǎn)矩控制導致傳動鏈模態(tài)阻尼很小，容易激起扭轉(zhuǎn)振動，從而導致傳動鏈扭矩大幅度的波動。針對這一問題,文中采用LQR方法設(shè)計轉(zhuǎn)矩控制器，建立傳動鏈系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，并配置系統(tǒng)的閉環(huán)極點，使其位于遠離虛軸的左平面內(nèi)，實現(xiàn)對傳動鏈一階模