兆瓦级永磁直驱风力发电机组的最大功率跟踪及变桨距控制系统的研究

现有我国大型风力发电机组的变桨距控制系统多数采用为SSB、LUST、MITA、KK＆K等外国公司引进的"黑盒子"系统，因为技术保密而无法知道其控制算法及软件系统，制约了我国自主产权风力发电机组控制系统的应用与发展。目前使用杯式风速仪检测风速信号，由于风轮的阻塞效应及对气流的扰动，风力机上的风速仪无法获取准确风速而导致控制器的稳定性和可靠性。国内外对于最大功率跟踪及变距控制算法的论文很多而真正实际使用的很少，一般都讲PID算法但怎么逼近K值的选定很少具体论述。.为了提高获取风速信号的准确度，以风机代替风速仪测量风速信号的条件下，通过反推验证算法得到当前的真实风速，利用专家系统的算法，快速接近最佳工作状态（误差在5%左右），然后采用混沌优化PID控制技术进行逼近并准确跟踪最佳工作状态，将有效提高变桨距控制系统的响应时间、跟踪准确度及稳定性，完成具有知识产权的最大功率跟踪及变桨距控制系统的研发

首先在永磁直驱风力发电机组的理论分析的基础上，采用MATLAB\Simulink平台建立了风速、风力机、发电机以及变速控制和变桨距控制等子系统模型，组合成风力发电机组的整机仿真模型。在此风力发电机组仿真模型上进行了最大功率跟踪算法、变桨距控制算法的仿真研究。低于额定风速时，跟踪CPmax曲线，通过调节永磁发电机的转速，以获得最大能量；高于额定风速时，根踪Pmax曲线，采取变桨距控制策略，编写了混沌优化算法程序，并进行仿真分析，验证了混沌优化PID参数整定算法的优越性，避免“飞车”事故的发生。. 其次通过了解最大功率跟踪的常见控制策略以及传统变桨距控制算法，分析其优缺点，提出了等效风速法，根据风力发电机的能量守恒公式进行反推验证，结合专家系统通过计算得到距轮毂中心风轮远前方处的等效风速。利用等效风速法改进了最大功率跟踪算法中的叶尖速比法，并等效风速法结合采用PID控制算法和混沌优化PID控制算法，对变桨控制策略的改进，且与转矩控制相配合的一套新型控制策略，从而解决了风速信号不能准确测量以及传统PID控制算法参数不易整定的问题。. 其三，在VC++6.0的环境中，利用C语言将上述控制策略编写成外部控制器DLL文件，以上海万德风力发电股份有限公司的1.5MW永磁直驱风力发电机组的实际参数为依据计算设置了风机认证软件GH Bladed的仿真模型参数。采用GH Bladed平台及其外部控制器External Controller模块来调用C语言编写的DLL外部控制器程序进行了仿真分析，进一步验证了机组控制策略的有效性，达到了预期研究目标。. 最后设计并搭建了采用Beckhoff嵌入式PC CX1020为控制核心，以KEB 变频器为驱动的电动变桨距实验平台。以TwinCAT软件为开发平台，完成了系统PLC控制算法程序，调制验证变桨距控制逻辑的基础上，运用上海万德公司大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统进行控制算法的调试试验，进一步验证了控制算法的有效性。