风力机电动变桨伺服系统SNPID仿真研究.pdf

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1、风力机电动变桨伺服系统SNPID仿真研究薛$平．郜思让m日#＆^}oUl。，*nIn{＆日女，I∞2l■l：4}*^∞＆tnt}*a、t*＆■&Ⅱm^t*∞ti＆t*#自¨tm^．*女Tt十}#niHD(SNPID)■*∞=#$《月，t∞*t}*^##$tt,。月月}#＆tPID#*mt日}、^nim日H^m*T}*＆iPID41t&^##；目#日*∞t*日■＆q5。《tMadab／slmalinll^##^％t*qT＆M}t日目t*#T”*。*■日：t自i#≈．SNp[D；：^tm目’t#十■*

2、女{：TM315女■#*日Ai●■{1000-3932(2011)02ml¨-05MW级变速变装M力发电机组是当夸风电市场的卡流产品，其控制系统主要包括主拄系统、变禁控制系统、偏航控制系统和变流控制系统。坐紫控制系缱屉风电控膳环节中最重要的一环．在拯个机组的控制中起着举足轻重的佧Ⅲ。通过变桨挖制rⅡ以谢节风电机组的nl片节即罱．使其随将风速的人小不断变化“。在低风速时，使桨叶节距转到台适的角度，“便风轮能够获得最大的启琦力矩：与城逮高于额定风速时，删节桨叶节趴，改变气流对叶片的攻角，从而可m改变风

3、力发电口【组扶捋的动力转矩，使发电机组的输出功率保持稳定。笔者针对Mw缓风力机叶片尺寸长(一般儿1米，秘生r百米)、质量大(每十叶片重达几顿甚至几十吨)、城述不确定厦在憾个风轮扫过面I．不均勾的特点，采用永破同步伺服电机代特常墁的液雎韭桨机构．设计了变禁控制系统单抻经元PID控制器。仿真结果表明．单神经元PID控制器JI有址置跟踪精确、跟踪洪差小的特点．选到r预期设计的日标。1MW疆变遵空檠风力机敛学檀型假设风“一定的速度和攻角作用在风9L"I片P。根据m兹理论”1．风流经风轮．气流避到叶片阻隔．

4、在上下丧面形成压力差．进而产乍升力力矩推动风鸵旋转．将风能转换成作用在轮般上的机械转矩．驱动发屯帆。根据厩机叫片的空皇c特性，建立风机的散学攘型如下1”：L=c．(^．口)舻p，A^㈨R“c，(^，剐=022(i16／8—0叩一5)·”“im=i／(^+o∞8)一00，5／(矿+1)(1)式中：L——风轮转矩，N⋯；p一空气密度．k∥m5，R——风轮半往，_⋯——风建．m／s；c，——风机的风能利用系毁，最大值是贝兹扳甩593％。在实际应用中一般能达到04左右；口——桨距角．。；^——⋯尖建比．无

5、量纲值；m——风轮旋转角速度．md／s。上述模型中风能利用呆敦c．与叶尖建比^、禁叶节匝角口的曲线如图I所示．不同风速下发电机转速及晟佳功率曲线如图2所示。日Ic．々^、口*§∞‰2变桨原理和变桨方式变桨距风机是通过Ⅱl片沿其纵向轴转动，改变气流对叶片的攻角．从而改变风山发电机组获得的空气动力转矩．使发电机输出功率保持稳定’。当风电#【组达到运行的条什时(即：风建大第2期薛永平等．风力机电动变桨伺服系统SNPID仿真研究195富岂镁}蕾暴穴区发电机转速／r·rain图2风力机功率与最佳功率曲线于启

6、动风速)，主控系统发出变桨命令，使变桨伺服电机带动风轮叶片从顺桨位置(节距角约为900)以一定的速度减小到450，当转速达到一定值时，再调整到00左右，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，若输出功率小于额定功率，桨距角保持在00位置不变，不作任何调节，风力机始终运行在A一和C哳。状态，以便最大限度捕获风能；若发电机输出功率超过额定功率，变桨控制系统便根据输出功率的大小来调整桨叶节距角，保持发电机组始终运行在恒功率状态。变桨距系统根据工作方式可以分为统一变桨和独立变桨H1。统一变桨即风力机

7、组所有桨叶都由一个执行机构驱动，或者3个执行机构同时驱动，但桨叶节距变化相同。由于液压系统扭矩大，所以大型风机的统一变桨距方式一般都采用液压机构。独立变桨距方式指每个桨叶都由独立的变桨距执行机构驱动，如果其中一个变桨距执行机构出现故障，其他两个桨叶仍能调节桨叶节距实现功率调节或者停机顺桨。独立变桨距的桨叶负载分别由单一的执行机构承担，一般采用电机执行方式。笔者模拟了3个叶片独立控制的变桨方式。山东长星集团1．5Mw风力机独立变桨距控制系统结构原理如图3所示。一般来说，独立变桨控制系统硬件设备主要包

8、括变桨距伺服电机、变桨控制器、减速机、编码器、不问断电源UPS等，这些设备连同变桨控制器都安装在塔架上的轮毂内"1。其中，减速机固定在轮毂上，变桨伺服电机经减速箱与轮毂桨叶内齿圈连接，变桨控制器接收变桨指令(主要包括桨叶转动速度和角度)驱动变桨伺服电机，使其通过主动齿轮带动桨叶轮毂内齿圈，使桨叶按照要求的方向和角度转动。卜舒溅銎一刮匪一弋礁m丽图3风力机独立变桨距原理结构简图3控制器算法及设计风力机组电动变桨距系统是一个典型的非线性、强耦合控制系统，应用传统的PID控制很难得到满意