大型风力发电机控制的仿真研究

目前风力发电面临两个亟待解决的问题：风能利用效率的提高和风电品质的改善。本文探讨风能最大捕获的无模型控制问题。风力机具有非线性空气动力特征，工作风速范围宽，加之能量传递链的柔性结构和随转速变化的机械阻尼的影响，使风力发电系统的控制成为一个难题。对该系统采用基于线性化模型的传统控制方案，不能保证大范围风速变化扰动下的控制效果。

当代非线性控制理论的飞速发展，使多种非线性方法在风力发电系统中得到了应用，提高了对最大风能捕获控制和系统特性改善控制的鲁棒性。 本文采用P ID方法对风力发电机组进行控制，在低风速时控制发电机转速，使系统获得最大风能利用系数；高风速时，控制桨距角，使机组能准确地保持在额定功率发电。通过m a tla b仿真，验证了该方法的有效性。 定功率的状态。在这一区域，风速足够大，能够确保风力发电机提供额定的功率。此阶段的控制目标是使风力发电机组在额定转速下保持稳定的电能输出。

将风力发电机组的实际输出功率与额定功率的差值△P=P+一P(t)作为控制器的输入，由(4)计算指导桨距角}j，通过桨距角的调节，风力发电机转子速度被控制在额定转速度，输出电功率保持在额定功率。 3．仿真实例 本文的仿真模拟模拟6 0 0K w变速变桨距风力发电机组。风力发电机组的参数如下：风轮直径：4 5 m：额定风速：1 2．5 m／s：额定功率：6 0 0 K W：空气密度：l．2 2 5 k 9／m 3：风轮额定转速：3．2 r a d／S。 机组一般在风速为3_4m／S时开始启动，接近1 2 5m／S风速时达到额定功率，风速高于2 5m／s时发电机组制动刹车。由于风轮的机械响应比电磁响应慢得多，发电机和电力电子器件的动态特性没有包含在仿真模型中。低风速时设计初始风速为5m／S，每2秒增加1 5m／s：高风速时设定初始风速为l 2．5m／s，每2秒增加lm／s。仿真图形如图2一图5。

仿真结果说明：图2为低风速下的风力发电机组输出功率跟踪效果，图3为低风速条件下控制器输出的指导转速。图4为高风速条件下风力发电机组输出功率，图5为高风速条件下控制器输出的指导桨距角。由图可以看出P ID控制方法能够获得良好的跟踪效果，显示了P ID控制方法在此类风力发点机组控制系统中的适用性。

结论 由以上仿真结果可以看出，P ID方法显示了在风力发电机组上的适用性，其最主要的优点在于当风力发电机组的模型参数无法确切得知的情况下仍然能够获得良好的控制效果。P I D控制提高了控制系统的响应速度，改善了风力机的转速及桨距角控制，在以上的仿真中，当风速超过风力机组额定风速，变速控制转为变桨距控制的过程中，控制器参数需重新整定。