风电机组电动变桨距控制系统的研究 (1)

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1、万方数据第33卷第8期2010年8月合肥工业大学学报(自然科学版)JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYV01．33No．8Aug．2010Doi：10．3969／j．issn．1003—5060．2010．08．009风电机组电动变桨距控制系统的研究朱波1，张兴1，曾凡超1，曹仁贤2(1．合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽合肥230009；2．合肥阳光电源有限公司，安徽合肥230088)摘要：文章针对风力机的强非线性设计了模糊PID电动变桨距控制器，以此实现风电机组在

2、不同风速段下的功率控制策略，即在低于额定风速阶段，系统能跟踪最大功率点；在高于额定风速阶段，通过变桨距控制器调节桨距角，将功率限制在额定功率附近。理论分析和仿真结果表明，该电动变桨距控制系统的桨距角控制策略达到了设计的预期目标，为其在实际风场中的应用奠定了基础。关键词：风力机；模糊PID；电动变桨距；功率控制策略中图分类号：TM614文献标志码：A文章编号：1003—5060(2010}08—1157—05ResearchonelectricpitchcontrolsystemofwindturbineZH

3、Ut301，ZHANGXin91，ZENGFan-cha01，CAORen-xian2(1．SchoolofElectricEngineeringandAutomation，HdeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China；2．HddSunlightPowerSup-plyCo．，Ltd．，Hefei230088，China)Abstract：Inviewofthestrongnonlinearityofwindturbine，afuzzyPIDelectricpit

4、chcontrollerisde-signedtOrealizethepowercontrolwithdifferentwindspeedinterval．Thecontrolsystemcantrackthemaximumpowerpoint(MPP)belowtheratedwindspeed；whenwindspeedisabovetheratedval—ue，thesystemcankeeptheratedoutputpowerthroughtheadjustmentofthepitchangle．

5、Boththeo—reticalanalysisandsimulationresultsindicatethatthepitchcontrolstrategyoftheelectricpitchcon—trolsystemreachesitsgoalandestablishesafoundationforitsapplicationinthetwindfarm．Keywords：windturbine；fuzzyPID；electricpitch；powercontrolstrategy0引言风电机组变桨距

6、系统的执行机构主要有液压和电动2种。液压控制系统具有传动力矩大、质量轻、刚度大、定位精确及动态响应快等优点，能够保证快速、准确地把叶片调节至预定桨距角m21，但液压变桨机构比较复杂，存在非线性、漏油及卡塞等现象，电动变桨距系统可以克服这些缺点，桨距角的变化通过对伺服电机的控制来实现，其结构紧凑、控制灵活、工作可靠[3“]。随着变速恒频发电方式的提出，有学者提出以风机转速作为输入信号设计PID调节器，从而输出桨距角命令[51；但是桨距角的变化对于随机变化的风速而言是非线性的，为了降低非线性的空气动力学特性对输

7、出功率的影响，设计了模糊PID变桨距控制器，从而使系统的稳定性受参数变化的影响较小，控制性能得到提高。本文以发电机实际输出功率与基准值的差值为输入信号设计变桨距控制器，向变桨距执行机构输出桨距角指令，实现了在高于额定风速阶段输出功率稳定在额定功率附近。基于Matlab／Simulink建立变桨距控制器的仿真模型进行研究，结果验证了该变桨距控制器设计的合理性和正确性。收稿日期：2009-07-29；修回13期：2009—11-05基金项目：安徽省自然科学基金资助项目(090412049)作者简介：朱波(198

8、3一)，男，安徽六安人，合肥工业大学硕士牛；张兴(1963一)，男，上海市人，博士，合肥工业大学教授，博十生导师；曹仁贤(1968--)，男，浙江萧山人，合肥阳光电源有限公司研究员．万方数据1158合肥工业大学学报(自然科学版)第33卷1变桨距风力机的功率控制策略1．1风力机的输出功率特性变桨距风力机捕获的风能P与风速V、风能利用系数cp、桨距角卢和叶尖速比A之间存在以下关系[6]：P=专矿SC。(A，p(1)C