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在大型风力发电机组国产化的进程中,设计出机组优良的控制系统是自主研发需要攻克的关键技术之一。本文通过分析大型三叶片水平轴变桨距风力发电机组的工作原理和运行特性,建立了机组的数学模型和闭环控制数字化仿真模型。通过研究大型变桨距风力发电机组中风速、桨距角与功率曲线之间的关系,根据机组的不同运行工况,从理论上提出了机组相应的控制策略,为控制器的设计奠定理论基础。
本文通过对大型变桨距风电机组非线性数学模型的线性化处理,对应机组的不同工况点,建立了一系列状态方程。根据不同的运行工况整定出合适的控制参数,使用PID控制器对机组进行控制。系统仿真结果显示,控制效果满足控制系统稳定性,准确性和快速性,达到了控制目标。
由于PID控制需要精确的风电机组数学模型,其线性化处理的工作量较大。本文根据模糊控制理论,设计了在风速低于和高于额定风速时的模糊控制器,在低于额定风速时,以获取最大风能为目标;而在高于额定风速时,以维持输出功率恒定为目标。通过对风力发电机组及控制系统综合仿真,仿真结果显示,模糊控制器响应快速、鲁棒性好,其控制效果比PID控制效果要好,能有效的减少输出超调量,较快的达到稳定状态,控制效果满足实际工业控制系统的要求。
本文通过对大型变桨距风力发电机组的深入研究,得出机组相应工况的控制策略。设计了不同控制器对机组系统进行仿真控制,仿真结果为风力发电机组系统的实际控制提供了经验和依据。