大型風(fēng)力發(fā)電機控制的仿真研究

目前風(fēng)力發(fā)電面臨兩個亟待解決的問題：風(fēng)能利用效率的提高和風(fēng)電品質(zhì)的改善。本文探討風(fēng)能最大捕獲的無模型控制問題。風(fēng)力機具有非線性空氣動力特征，工作風(fēng)速范圍寬，加之能量傳遞鏈的柔性結(jié)構(gòu)和隨轉(zhuǎn)速變化的機械阻尼的影響，使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制成為一個難題。對該系統(tǒng)采用基于線性化模型的傳統(tǒng)控制方案，不能保證大范圍風(fēng)速變化擾動下的控制效果。

當(dāng)代非線性控制理論的飛速發(fā)展，使多種非線性方法在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，提高了對最大風(fēng)能捕獲控制和系統(tǒng)特性改善控制的魯棒性。 本文采用P ID方法對風(fēng)力發(fā)電機組進行控制，在低風(fēng)速時控制發(fā)電機轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)獲得最大風(fēng)能利用系數(shù)；高風(fēng)速時，控制槳距角，使機組能準(zhǔn)確地保持在額定功率發(fā)電。通過m a tla b仿真，驗證了該方法的有效性。 定功率的狀態(tài)。在這一區(qū)域，風(fēng)速足夠大，能夠確保風(fēng)力發(fā)電機提供額定的功率。此階段的控制目標(biāo)是使風(fēng)力發(fā)電機組在額定轉(zhuǎn)速下保持穩(wěn)定的電能輸出。

將風(fēng)力發(fā)電機組的實際輸出功率與額定功率的差值△P=P+一P(t)作為控制器的輸入，由(4)計算指導(dǎo)槳距角}j，通過槳距角的調(diào)節(jié)，風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度被控制在額定轉(zhuǎn)速度，輸出電功率保持在額定功率。 3．仿真實例 本文的仿真模擬模擬6 0 0K w變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機組。風(fēng)力發(fā)電機組的參數(shù)如下：風(fēng)輪直徑：4 5 m：額定風(fēng)速：1 2．5 m／s：額定功率：6 0 0 K W：空氣密度：l．2 2 5 k 9／m 3：風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速：3．2 r a d／S。 機組一般在風(fēng)速為3_4m／S時開始啟動，接近1 2 5m／S風(fēng)速時達(dá)到額定功率，風(fēng)速高于2 5m／s時發(fā)電機組制動剎車。由于風(fēng)輪的機械響應(yīng)比電磁響應(yīng)慢得多，發(fā)電機和電力電子器件的動態(tài)特性沒有包含在仿真模型中。低風(fēng)速時設(shè)計初始風(fēng)速為5m／S，每2秒增加1 5m／s：高風(fēng)速時設(shè)定初始風(fēng)速為l 2．5m／s，每2秒增加lm／s。仿真圖形如圖2一圖5。

仿真結(jié)果說明：圖2為低風(fēng)速下的風(fēng)力發(fā)電機組輸出功率跟蹤效果，圖3為低風(fēng)速條件下控制器輸出的指導(dǎo)轉(zhuǎn)速。圖4為高風(fēng)速條件下風(fēng)力發(fā)電機組輸出功率，圖5為高風(fēng)速條件下控制器輸出的指導(dǎo)槳距角。由圖可以看出P ID控制方法能夠獲得良好的跟蹤效果，顯示了P ID控制方法在此類風(fēng)力發(fā)點機組控制系統(tǒng)中的適用性。

結(jié)論 由以上仿真結(jié)果可以看出，P ID方法顯示了在風(fēng)力發(fā)電機組上的適用性，其最主要的優(yōu)點在于當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組的模型參數(shù)無法確切得知的情況下仍然能夠獲得良好的控制效果。P I D控制提高了控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，改善了風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速及槳距角控制，在以上的仿真中，當(dāng)風(fēng)速超過風(fēng)力機組額定風(fēng)速，變速控制轉(zhuǎn)為變槳距控制的過程中，控制器參數(shù)需重新整定。