1
1 0.035
i 0.0831
10
风电机组简单模型
2）传动链模型（假定传动链为刚性连接）：
3)变桨模型

nT
g
T

r
T
r
(
(Jr n2Jg)
J
r

n2J
g
)
d dt
g nr
d dt
g
g

s11demand
4）发电机模型（发电机的惯性远远小于风轮）：
3）已设计最优模态增益值自适应修正算法，进行了仿 真验证；
4）已设计额定风速以上的变桨PID控制策略，初步设计 了转矩与变桨控制的切逻辑，进行了仿真验证。
9
风电机组简单模型
1）风轮模型：
风轮吸收功率 Pr cp(,)2Rv3
最佳风能吸收系数
cp(,)c1(c 2i c3c4)eci5 c6
tg
omeg

wind speed
wind speed 25
20
15
10
5
0
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
1.95
时间
4
x 10
转速
3000
2500
2000
1500
1000
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
1.95
时间
4
x 10
转矩
8000
8000
6000
4000
6 4 2 0 -2 -4
x 106 2 1.5 1 0.5
额定风速附近，变桨控制 与转矩控制频繁切换问题
风速
1.42
1.44
1.46
1.48
1.5
时间
Cp
1.42
1.44
1.46
1.48
1.5
时间
转矩
1.42
1.44
1.46
1.48
1.5
时间
桨距角
1.42
1.44
1.46
1.48
目前的参数只是试凑的方式，没有任何理论依据； 2）优化变桨控制与转矩控制切换逻辑，减少切换频率， 避免功率频繁跌落。 2015.11-12 塔架加阻功能设计（变桨主动阻尼+陷波滤波器） 2016.01-03 传动链加阻尼功能设计
（转矩主动阻尼+陷波滤波器） 2016.04-06 转速区间跳跃功能设计 2016.06-12 低噪声运行模式控制策略设计 2015.08-2016.12 与外单位合作，在试验风机上实现所研究
2200
2100
2000
1900
1800
1700
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
时间
4
x 10
转矩
8000
7500
7000
变桨PID控制器Kc=0.02 6500
6000
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
时间
x 104
桨距角
20
10
0
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
时间
x 104
由我方负责控制策略的可行性研究、方案设计、 仿真验证，华创配合实施程序代码开发、现场调试，研 究成果和收益由双方共享。
风轮半径 41m
齿轮箱变速比 104
发电机最大转速 发电机并网最低 转速
2000r/s
1030r/s
发电机转动惯量 风轮转动惯量 发电机最大转矩 低速PI恒转速设 发电机额定转速 定
78Kgm^2
发电机功率调节 时间常数
5775878 Kgm^2
最佳Cp设计值
10000Nm
1200r/s
1800r/s
4
2
0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
时间
16
最优模态自适应算法
TgZ3 Kopt
2 g
Kopt0.5R 5Cp(,)n3 13


0
pT0 p0T
0 1.225 kg / m 3
p0 101 .33 kPa
T0 273 K
0 0
40 30 20 10 0
0
wind speed
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
时间
x 104
转速
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
时间
x 104
转矩
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
时间
x 104
桨距角
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
的内容 25
讨论问题
主动阻尼控制，关键是带通滤波器设计
GdtdKs222 ss2
26
合作模式
与丹麦米塔（ Mita ）合作，开展风机主控系统改 造、风场功率控制优化升级，逐步获取米塔主控系统的 控制策略和源代码程序，学习和掌握基于Scada数据的诊 断分析技能和主控系统调试经验。
目前，集团下属的大部分风场普遍存在功率曲线
无法达设计值的问题，即风力机制造商提供的设计功
率曲线与测试所得的功率曲线的差别很大，这一问题严重
影响了风电机组的年发电量和风电场的经营效益。因此，
功率曲线问题已经引起集团公司领导的高度重视，必须尽
快解决。
3
集团风场主控系统现存问题
➢ 电网适应性要求越来越高，早期的控制系统难以满足 相关要求；
1.6
1.8
2
时间
x 104
桨距角
40
Pitch
20
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
时间
x 104
6
x 10
功率
2
Power
1
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
21 2
时间
4
x 10
Tg
Power
cp
Pitch
wind
20 15 10 5
0.4 0.2
0
5.4
5.2
5
4.8
4.6
4.4
4.2
4
1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45
1
1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45
空 气 密 度 (Kg/m3)
空 气 密 度 (Kg/m3)
当实际空气密度比设计值偏大（小）0.2Kg/m^3时，自适应 算法比定值算法发电功率高4000W—5000W（风速7m/s）。
A
双馈风电机组运5 行 ➢ 额定风速以上，变桨控制，
目标轨迹
保持恒功率运行（D点）
0
3
4
5
6
7
8
9
10
7
研究内容规划
提升发电量
➢ 双PI（比例积分）控制 策略设计
➢ 控制参数温度自适应修 正算法开发
降低噪声
➢ 风机低噪声运行模式 控制策略设计
载荷（含振动）优化
➢ 变桨PID（比例积分微分） 控制策略设计
➢ 变桨控制与转矩控制切换逻 辑设计
➢ 传动链加阻尼功能设计 ➢ 塔架加阻尼功能设计 ➢ 转速区间跳跃功能设计
独立变桨控制
初步构成了双馈风电机组控制策略的研究框架 8
目前的研究进展
1）基于Matlab的Simulink仿真平台，初步搭建了风电 机组的仿真模型；
2）开发了双PI转速—转矩控制策略，并与传统的查表 法，通过仿真验证了双PI控制策略的优越性；
具有较大改善潜力。 4
优化功率曲线的常用手段
➢ 改善叶片的气动性能（设计与制造） ；
➢ 增加叶片长度（设计与制造） ；
➢ 提升传动链与电气设备的效率（设计与制造） ；
➢ 风电机组自用电消耗（偏航、变桨、液压站、增速箱 和发电机冷却、电控柜加热及冷却） ；
➢ 增大额定发电功率的设定值（存在安全隐患）；
0.45
Cp
0.4
Cp值大约提高0.003-0.005
0.35
0.3
0.25 0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
时间
15
双PI控制策略（与查表法仿真对比）
Power
5
x 10 16
功 率 (w)
14
12
10
8
6
功率大约提升15kW-30kW,
占额定功率1%-2%
17
最优模态自适应算法
风 能 利 用 系 数 Cp 功率
0.482 0.481
0.48 0.479 0.478 0.477 0.476 0.475 0.474 0.473
1
空 气 密 度 —风 能 利 用 系 数 关 系 曲 线