考虑非线性不确定因素的风电机组动态载荷控制策略研究

The environment and energy problem is a key issue for all the government, wind energy is a kind of reproducible energy, which can be used in large scale. It is an effective solution for environment and energy problem. The capacity size of wind turbine become bigger and bigger, the rotor, drive train and tower become more and more flexible, which lead to the wind turbine dynamic load go into more and more complexity and grim. The large scale double feed wind turbine with gearbox is taken as the research object in this project, the goal of the research work is to reduce the dynamic load through special control strategy design, The research contents including the parameter perturbation which comes form uncertainty factor in wind turbine pitch and generator torque control, the advance control strategy of pitch and torque control which can reduce the dynamic load during wind turbine operation, control strategy verified through measurement on a wind turbine control system test bench. The key of research work of this project is to find the rules of uncertainty factor effect, solve the problem from the difficulty in building the rotor aero model and disturbance effect.

：能源与环境问题是世界各国面临的重大问题，风力发电是目前可大规模开发利用的可再生能源形式之一，是解决能源和环境问题的有效途径。为了降低发电成本风电机组单机容量不断增加，风轮直径随之增大，叶片、传动系统和塔架柔性增加，机组所受到的载荷更加复杂和严峻。本项目以大型带增速箱并网型风电机组为研究对象，研究通过变桨和发电机转矩控制减小风电机组发电运行过程中动态载荷的控制策略，从而提高机组可靠性、延长机组使用寿命。具体内容包括：研究风电机组风轮和传动系统中非线性不确定因素作用及其导致的模型参数摄动规律；考虑非线性不确定因素作用，研究能够减小风电机组动态载荷的变桨和发电机转矩控制策略；构建基于专业风电机组动态仿真软件的风电机组控制系统半实物测试平台和控制策略对比测试方法。本项目重点研究风电机组模型中的非线性不确定因素作用规律，并解决风电机组动态载荷控制中参数摄动对控制的扰动问题。

风力发电是目前可大规模开发利用的可再生能源之一，是解决能源和环境问题的有效途径。随着风力发电技术和产业的迅速发展，风电机组单机容量不断增大，叶片、传动系统和塔架等主要部件的柔性显著增加，机组运行过程中所受的动态载荷越来越复杂。.本项目以大型带增速箱并网型风电机组为研究对象，对影响风电机组载荷的因素和机理、动态载荷控制策略进行了深入的研究。通过变桨和发电机转矩控制减小风电机组发电运行过程中动态载荷的控制策略，从而提高机组可靠性、延长机组使用寿命。重点研究了风电机组无法准确建模、强外部扰动给动态载荷控制带来的问题。.项目基于对风电机组运行过程中所受动态载荷及其特性的研究分析，提出了一种双环结构风电机组动态载荷控制策略，在发电机转矩控制和变桨距控制的基础上分别叠加了动态载荷控制环，以变桨距系统、变流器为作动器通过减小叶片受力不平衡和抑制振动减小风轮、塔架和传动系统的动态载荷。针对非线性强、不确定性多和参数变化等问题，基于卡尔曼状态估计的H2/H∞混合优化设计了传动系统载荷控制器，同时考虑 H2和 H∞性能指标，以性能最优化与鲁棒稳定性为目标进行发电机转矩控制；基于无模型独立变桨控制设计了风轮非对称载荷控制器，通过对不确定因素进行动态估计和补偿，解决独立变桨载荷控制中的不确定性和扰动问题；并基于LQG、状态反馈等方法设计了变桨、转矩多目标联合控制策略，在不影响机组发电量的前提下减小机组轮毂中心、传动系统、塔架等关键部位动态载荷。通过风电机组设计中使用的动态仿真和载荷计算软件FAST、Bladed对控制策略进行了仿真，结果表明，通过对非线性不确定因素的估计和补偿、多目标优化控制策略，可以对于机组弯矩等.载荷的波动均方根响应和峰值响应有非常明显的抑制作用，从而提高机组可靠性，延长关键部件寿命。在理论研究的基础上，构建了风电机组主控系统半实物测试台，通过模拟典型风电场风况对动态载荷控制策略进行了试验研究，进一步验证了项目所提出的控制策略是可行且有效的。