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考虑空气密度变化的风电机组转矩控制算法研究

汇报人：

2024-01-12

引言

空气密度变化对风电机组转矩的影响

考虑空气密度变化的转矩控制算法设计

仿真实验与结果分析

现场测试与验证

结论与展望

引言

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目前，国内外学者在风电机组转矩控制方面已开展了大量研究工作，主要集中在基于经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论的控制方法上。然而，现有研究大多未考虑空气密度变化对风电机组性能的影响，导致在实际应用中的效果并不理想。

国内外研究现状

随着风力发电技术的不断发展和对风能利用效率要求的不断提高，未来风电机组转矩控制算法的研究将更加注重对复杂大气环境的适应性。通过引入先进的控制理论和方法，如风况预测、自适应控制和鲁棒控制等，实现对风电机组转矩的精确控制和优化，提高机组的运行稳定性和风能利用率。

发展趋势

研究目的

通过本研究，旨在提高风电机组在复杂大气环境中的运行稳定性和风能利用率，为风力发电技术的进一步发展和应用提供理论支持和技术保障。

研究方法

本研究将采用理论分析、数学建模、仿真验证和实验测试等方法进行研究。首先，通过理论分析揭示空气密度变化对风电机组转矩特性的影响规律；然后，建立考虑空气密度变化的风电机组动力学模型；接着，基于先进控制理论设计转矩控制算法；最后，通过仿真和实验验证所提算法的有效性和优越性。

空气密度变化对风电机组转矩的影响

02

风能捕获

空气密度变化直接影响风电机组捕获的风能。当空气密度增加时，单位体积内的空气质量增加，使得风电机组在相同风速下能够捕获更多的风能。

转矩输出

风电机组的转矩输出与捕获的风能成正比。因此，空气密度的变化会影响风电机组的转矩输出。当空气密度增加时，风电机组的转矩输出也会相应增加。

控制策略调整

为了保持风电机组的稳定运行和最大风能捕获，需要根据空气密度的变化调整控制策略。例如，在空气密度较低时，可以通过增加桨距角或降低发电机转速等方式来降低转矩输出，以避免过载和保证机组安全。

影响因素分析

除了空气密度变化外，风速、风向、湍流强度等也是影响风电机组转矩的重要因素。这些因素的变化会对风电机组的运行性能和稳定性产生影响。

要点一

要点二

数学模型建立

为了准确描述空气密度变化对风电机组转矩的影响，需要建立相应的数学模型。该模型应包括空气密度、风速、风向等关键参数，并能够反映这些参数与风电机组转矩之间的动态关系。通过模型仿真和实验验证，可以进一步了解空气密度变化对风电机组转矩的影响规律，并为控制算法的设计和优化提供依据。

考虑空气密度变化的转矩控制算法设计

03

将转矩控制算法划分为多个功能模块，包括空气密度监测、数据处理、控制策略制定和执行模块等，确保算法的清晰和易于维护。

模块化设计

考虑到风电机组运行过程中的实时性要求，算法设计应保证快速响应和实时调整转矩控制参数。

实时性要求

在算法设计中充分考虑各种异常情况，采取相应的容错和冗余设计，确保转矩控制系统的稳定运行。

可靠性保障

传感器选择

选用高精度、高稳定性的空气密度传感器，确保监测数据的准确性和可靠性。

数据预处理

对监测到的原始数据进行预处理，包括滤波、去噪、异常值剔除等操作，以提高数据质量。

空气密度变化率计算

根据处理后的数据，计算空气密度的变化率，为后续的转矩控制策略制定提供依据。

基于空气密度变化率的转矩调整策略

根据实时监测到的空气密度变化率，动态调整风电机组的转矩控制参数，以保证机组的稳定运行和最大风能捕获。

转矩控制优化算法

采用先进的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，对转矩控制策略进行寻优，以进一步提高风电机组的运行效率和稳定性。

控制策略实验验证

在实验室环境下搭建风电机组模拟系统，对所设计的转矩控制策略进行实验验证，评估其在实际应用中的性能表现。

01

02

03

仿真实验与结果分析

04

仿真参数设置

根据实际风电机组的运行情况和研究需求，设置合理的仿真参数，如风速、风向、空气密度等，以模拟不同场景下的风电机组运行状况。

仿真软件选择

采用MATLAB/Simulink作为仿真实验平台，利用其强大的建模和仿真能力进行风电机组转矩控制算法的研究。

风电机组模型建立

在Simulink中建立详细的风电机组模型，包括风力机、传动系统、发电机等部分，以模拟实际风电机组的运行情况。

控制算法实现

将所研究的转矩控制算法在Simulink中实现，通过调整控制器参数，观察不同参数设置下系统的响应情况。

场景一

恒定风速下空气密度变化对风电机组转矩的影响。通过仿真实验，观察在恒定风速下，空气密度变化对风电机组转矩的影响情况，并记录实验结果。

随机风速下空气密度变化对风电机组转矩的影响。在随机风速下，模拟空气密度的变化情况，观察风电机组转矩的响应情况，并记录实验结果。

极端天气条件下风电机组的转矩控制效果。