中國可再生能源學術大會—風能分會暨風電高質量發展大會風力機增量前饋統一變槳方法匯報時間：20240817匯報地點：西安國際會展中心??控制方法研究背景?裝機容量世界第一?新增規模世界第一?快速無沖擊并網，?制造材料?風力發電機大型化?制造材料?風力發電機大型化變槳控制?變槳控制?發電機葉片柔性化?減少負載沖擊?安裝手段?穩定發電機功率??運行環境?降低機組載荷?提高機組壽命研究背景統一變槳信號完全由激光雷達測量的風數據進行相應的算法處理得到統一前饋變槳控制統一前饋變槳控制徑向基函數神經網絡控制模型預測控制徑向基函數神經網絡控制模型預測控制保持原有控制器不變，疊加一個前饋槳距控制器測風信息測風信息前饋-反饋H2最優控制前饋-反饋H2最優控制靜態槳距角曲線查表前饋控制激光雷達測風前饋變槳控制靜態槳距角曲線查表前饋控制激光雷達測風前饋變槳控制控制器搭建——方案設計槳距角槳距角設計思路抵消增量風速對機組的影響，補償來流風變化對機組載設計思路設計目的設計目的控制方案優勢本文提出的基于雷達預測風信息的風力機增量前饋統一變槳控制器簡單易得，且計算值即為給定值，無需人為調整前饋給定在總槳距角給定中所占比例，可作為模塊直接加入原有統一變槳控制器中優勢控制器搭建——理論推導FAST5MW陸上風力發電機組基線統一變槳控制器GenGearNGearGenGearNGearΩPΩT葉輪動力學模型發電機轉矩和風力機氣動轉矩!變比例增益PI反饋控制器控制器搭建——理論推導增量前饋統一變槳控制器理論TT0?基線控制給定的槳距角控制風力發電機轉速已保持穩定即發電機轉速增量為零，同時發電機轉速增量?基線控制給定的槳距角控制風力發電機轉速已保持穩定即發電機轉速增量為零，同時發電機轉速增量導數為零；?在此穩定狀態下假設由風速增量引起的發電機轉速變化由風力機槳距角增量完全進行控制抵消；由激光雷達測風儀測量風速值估計的葉輪平面有效風力機的風能利用系數模型為統一的、常用的數學簡化模型。),|Δθf+,3+)控制器搭建——測風數據預處理測量誤差濾波測量誤差濾波自然風場自然風場反演風速 風場重建0流動時間計算時長流動時間計算時長時間響應 時間序列!時間響應仿真聯合仿真設置及相關參數FAST/Simulink聯合仿真框圖仿真界面仿真界面-1，25-1-1仿真仿真結果及分析增量前饋槳距角幅值給定限制在增量前饋槳距角幅值給定限制在0.075rad范圍內?對增量給定信號進行修正仿真前饋發生作用后，發電機轉速波動減小39.42%，峰值減小182.216r/min；發電機功率波動減小46.82%，峰值減小231.82kW仿真?揮舞力矩波動減小51.70%；?擺振力矩波動范圍增大了4.5%；?fore-aftmoment波動減小51.91%；?fore-aftshearforce波動范圍減小56.59%。綜上，綜上，即使增量前饋控制器對擺振力矩有小幅的增強作用，總體而言結合激光雷達的增量前饋與陣風預警作用可有效降低風力機系統載荷，提升風力機性能，減少發電機轉速、功率波動，減少揮舞力矩和fore-aft載荷波動11PLC/C++/Matlab/Simulink,Perfo11111半物理仿真實驗系統結構半物理仿真實驗系統結構利用激光雷達測量的葉輪前方250m處的風速估計葉輪平面有效風速（50m）?估計風速變化趨勢與實際風速變化趨勢基本保持相同；?發電機轉速波動減小17.13%，峰值減少21.52r/min；?發電機功率波動減小6.8%，峰值減少0.024?揮舞力矩波動減小35.09%，峰值減小823.36kN·m。?風力機在40s左右估計的階躍風速有明顯的滯后，風力機的性能無提高；?在50s左右時由于風速趨勢估計差距較大，使得風力機槳距角誤動作，導致風力發電機機組功率波動變大利用激光雷達測量的葉輪前方250m處的風速估計葉輪平面有效風速（50m）_估計趨勢較好的連續變化的風速?在10s以前，25s以后，估計的風速與實際風速變化趨勢一致；?前饋發生作用后，發電機轉速波動減小1.86%；?前饋發生作用后，發電機功率波動減小18.5%；?揮舞力矩波動減小2.02%;?fore-aftshearforce波動減小11.13%;?30s左右的估計風速與實際風速較為接近，發電機轉速幅值減少12.11r/min；?發電機功率幅值減少0.054kW；?揮舞力矩幅值減少417.85kN·m；?fore-aftshearforce幅值減少71.13kN。?可以減小發電機轉速、功率及載荷波動范圍；?估計的葉輪平面有效風速與實際風速運動趨勢保持一致的條件下，控制器有效。?抵消風速變化對風力機的影響。?增量前饋控制器給定角度限制在0.075rad范圍內，結合雷達預警作用，輔助基線統一變槳可有效降低機組載荷?增量前饋控制器在估計風速與實際風速趨勢相同或提前變化時，可實現降載作用。?利用增量前饋控制器，實現由預測風擾動計算得到槳距角增量，可以模塊形式加入傳統統一