基于复合MPC算法的风电机组降载控制

随着风电机组单机容量的不断增大,风电机组的关键部件承受的载荷也越来越大,对风电机组可靠性的要求也越来越高,因此,要求风电机组控制策略与技术,既能实现功率优化控制,又能实现降载控制。研究基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)理论,设计了一种基于风电机组多控制目标的运行区间划分方法的风电机组复合模型预测控制(Multi Model Predictive Control,Multi MPC)控制器。首先建立基于Matlab和TUV GL bladed的联合实时仿真平台,将MPC控制器与传统PI控制器进行对比分析,并以DUV GL Bladed软件中2 MW双馈式风电机组非线性模型作为研究对象,对Multi MPC控制器、MPC控制器和传统的比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)控制器进行了降载控制仿真分析。研究结果表明,MultiMPC控制器能够减小风电机组转速波动幅度,抑制转速超调量,降低传动链的载荷;能够抑制桨距角的波动幅度和变化速率,降低变桨距机构的运行载荷,提高机组运行可靠性。     

基于LPV增益调度的风电机组控制验证与仿真分析

随着风力发电机组装机容量的持续增加,风力发电机组出力特性及其优化运行成为行业关注的热点。针对湍流风下风电机组的动态响应特性,提出抑制风湍流的LPV增益调度控制方法。基于2 MW风电机组模型进行控制器设计,分别采用PI控制算法与LPV控制算法进行仿真计算。机组载荷的波动主要集中在风轮旋转频率1 P的倍频上。仿真计算结果表明在不同风速下,机组显示出不同的运行特性。在低风速时,塔影效应的作用较为显著,在高风速时,湍流对载荷的影响较为明显。相比于PI控制,LPV控制能够跟随机组运行状态调整控制参数,能更好的抑制湍流对机组的影响。在16 m/s湍流风下,功率和齿轮箱低速轴转矩在3P分量上分别降低了35.1%和41.8%。因此,在LPV控制下,齿轮箱的疲劳损伤降低了,发电机的功率波动减缓了。能够增加风电机组的预期寿命,对电网也更加友好。     

电网谐波下双馈发电机改进控制策略

电网低次谐波电压会造成双馈发电机(doubly fed induction generator,DFIG)定子电流畸变和电磁转矩脉动。通过电网5次、7次谐波电压下双馈发电机的数学模型建立与分析,揭示了电网谐波电压对双馈发电机定子电流畸变和电磁转矩脉动的影响机理,比较研究了基于比例积分(proportional integral,PI)控制与基于比例积分谐振(proportional integral resonant,PIR)控制的转子电流控制环的谐波抑制能力。并采用了基于R调节器的定子电流闭环和基于PIR调节器的转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效的消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5次,7次谐波和电磁转矩脉动,提高了其在电网电压低次谐波下的运行性能,仿真和试验验证了该控制策略的正确性。     

轮式车辆传动系动态阻尼的研究

研究了车辆传动系配合件润滑状态及摩擦系数的变化规律,推导出配合件摩擦扭矩及轴系内摩擦阻尼力矩的计算公式。得出传动系配合件摩擦扭矩和轴系内滞阻尼力矩的增加,对动力传动系自激振动起到了控制环节作用的结论。     

基于改进重复预测原理的并联有源电力滤波器无差拍控制策略

为了使有源电力滤波器(APF)能够快速的、高精度的输出补偿谐波,针对APF主电路的控制方法,该文提出一种改进的基于重复预测原理的无差拍控制算法。该文首先介绍了并联型有源电力滤波器的工作原理,其次建立了三相并联型有源电力滤波器的数学模型,并根据其数学模型分析了无差拍控制的工作原理。最后通过无差拍控制的工作原理可知谐波电流指令信号的预测是决定无差拍控制效果的关键。为了进一步提高使用无差拍控制时的APF滤波效果,根据谐波的周期性,该文采用改进的重复预测策略对下一拍输出电流预测,并且分析了这种预测方法的稳定性。此改进的重复预测无差拍控制策略能够提高稳态时的预测精度和暂态时的响应速度。仿真波形分析与试验结果分析证明了其可行性。     

基于无刷直流电机的风力机转矩模拟

针对风力发电技术的研究受到自然条件制约的问题,该文提出了一种新的利用无刷直流电机来代替风力机的模拟方案,通过控制无刷电机直流侧电流的方式实现转矩控制,电流环采用径向基函数神经网络与PI调节相结合的控制策略。利用Matlab/Simulink建立系统仿真模型,并搭建了基于DSP控制的无刷直流电机+永磁发电机的硬件平台,仿真和试验结果都与理论转矩相吻合,并有效降低了无刷电机的转矩脉动。该方法控制简单、精度高,为实际模拟系统的设计提供了一种新的思路。     

风电机组尾流与疲劳载荷关系分析

为了研究风电机组尾流对下游风电机组载荷的影响,假设了几个重要尾流参数:上下游风电机组间距、上游风电机组推力系数、湍流强度等。采用Bladed软件和Matlab幅频程序,分别对1.5与3.0 MW双馈式风电机组进行各参数与载荷响应的关系计算。结果表明:风轮处风速会随着推力系数的增大非线性减小;风电机组处于尾流影响范围内时,在风速和推力系数相同的条件下,通常湍流强度受尾流影响后减小使载荷增大,但当推力系数对载荷的影响起主导作用时,虽然湍流强度受尾流影响后减小但载荷会增大;当风速大于额定风速时,应采用变桨控制减小推力系数,以减小风电机组的疲劳损伤。     

基于VMD-MPC法的并网型微电网多时间尺度能量协调优化调度

随着“双高”特征日趋明显,农村交直流混合微电网的源荷呈现多电力电子化,双向接口变换器（bidirectional interface converter, BIC）的低惯性和阻尼问题较为突出。针对此问题,该研究提出一种基于广义直流电动势（generalized direct current electromotive force,G-DCEMF）的BIC控制策略。采用虚拟电阻对直流和交流子网间有功功率的缺额或盈余状态进行判定,根据判定结果通过BIC对功率进行分配控制,在多BIC并联运行时也更易实现功率分配。通过虚拟电感来提高惯性,以减少交流母线频率或交直流子网电压波动的影响,有效地提高了交直流混合微电网的抗干扰特性和动态性能。分析虚拟电阻和虚拟电感的取值,讨论电阻和电感参数影响控制效果的规律。最后通过PSCAD/EMTDC仿真研究验证了所提出的G-DCEMF控制策略的有效性,混合微电网初始状态：直流母线电压为0.75 kV,交流母线频率为50 Hz,系统在额定状态下运行。在运行时间t=1.5 s时,投入0.1 MW的交流负载。分别取虚拟电感为 0、0.02、0.05 H, 但随着虚拟电感增大,BIC的抗扰动能力增强,结果证明了G-DCEMF控制在可以实现BIC的功率双向流动的同时,提高系统惯性,改善动态响应和抗扰性能,提高微电网的稳定性。

     

风电场内部无功功率对并网稳定性的影响

由于风电场的建立受地理位置的限制,大多数风力发电厂都要建立在电力系统末端,风电并网最重要的影响方面就是因电压质量带来的系统运行不稳定性。为提高风电场并网运行时系统的稳定性,该文以实际的风电场为例,对风电场内部无功损耗产生的原因进行分析,在不影响风电系统稳定性的前提下,通过计算利用一组风力发电机发无功功率来补偿因无功功率给并网系统带来的电压波动,满足并网运行系统稳定性的要求。     

配电线路无功优化就地控制与系统控制效果比较

针对就地控制策略的不足,该文提出一种系统控制策略,即一种采用考察整条线路无功补偿效果的控制策略。在补偿容量和补偿位置确定的条件下,通过控制电容器的投切达到配电线路无功运行优化的目的。对基本TS算法作了改进,以网损最小为目标进行无功优化控制。用.NET编写程序,比较了2种控制策略下,某条10 kV线路日无功负荷水平时段的电容器投切、有功损耗以及电压情况。计算结果表明,在相同的安装位置和补偿容量下,系统控制策略对配电线路的降损节能效果更显著。     

轮式车辆动力传动系自激振动研究(Ⅳ)──影响自激振动稳定性的因素和抑制自振的措施探讨

文章研究了传动轴扭转阻尼、半轴扭转刚度和扭转阻尼等结构参数对整车振动系统稳定性的影响，表明增加半轴和传动轴的扭转阻尼能够明显地抑制自激振动的产生；还研究了外界参数对车辆振动系统稳定性的影响规律，表明前轮和后轮的地面附着重量利用系数随滑转率的增大而减小的斜率对稳定性的影响很大，不稳定模态的正实部随这两个斜率的增加而增大；并探讨了抑制自振的一些方法和结构措施     

基于灵敏度分析的曲轴扭振减振器优化设计

为提高扭振减振器设计的速度和精度,建立了一种基于灵敏度分析的减振器结构参数优化设计模型。通过考察减振器结构参数对振动性能影响的关系,探讨了减振器各个参数的优化设计方法,然后通过扭振模型灵敏度分析以及设计导数的选择,对实际减振器进行了优化设计。将优化结果所得的扭振与经验设计结果进行对比,优化计算结果的共振峰向高频方向移动,共振的振幅大小比经验设计方法的结果更小,说明了上述优化设计方法的快捷和精确。     

变流量工况对混流泵转子轴心轨迹的影响

为了研究不同工况下转子的振动状态,该文基于本特利408数据采集系统对0.8、1.0、1.2倍设计流量工况下混流泵的轴心轨迹进行试验研究,测量获得了转子原始轴心轨迹和时域图,分析了轴心轨迹分解提纯后的一倍频和二倍频轴心轨迹及其时域图,绘制了不同流量工况下的频谱瀑布图。研究结果表明,流量工况的改变影响了转子系统的不平衡量和不对中程度,并且随着远离设计流量点,不平衡量引起的轴系工频振动和不对中引起的水平方向振动不断加剧,在小流量工况下水力激振对轴系振动的影响出现峰值,0.8倍设计流量工况下的一倍频轴心轨迹波动幅值相比设计流量点增加了1.35倍。结合频谱分析,随着流量工况偏离设计流量点,工频振动是加剧轴系振动的主要分量,二倍频次之,其他倍频对轴系振动影响程度较小。该研究对于混流泵多工况下的稳定运行和降低振动故障的恶化提供了参考。     

轮式车辆动力传动系自激振动研究(Ⅲ)——自激振动系统的稳定性分析

该文建立了整车振动系统（包括整车垂直振动系统、整车纵向振动系统和动力传动系统）的力学模型，对整车振动的非线性运动微分方程在平衡点附近线性化，根据当量线性化系统在状态空间中的特征值判断系统的稳定性，并作出了影响系统在外界参数空间的临界稳定曲面，为研究抑制自激振动的措施提供理论依据     

曲轴三维振动与机体裙部表面振动的耦合关系研究

该文采用相干分析,研究了曲轴三维振动与表面振动的耦合关系。通过曲轴三维振动测试装置对曲轴的三维振动信号和表面振动信号进行采集并进行相干处理,研究了曲轴振动与表面振动的激励关系。研究结果表明：扭振能够以倍频激励的形式导致部分频率的表面振动发生;纵振和弯曲振动对裙部表面振动进行同频激励,但二者激励强度不同,纵振只在部分频率段具有激励作用,而弯振是表面振动的主要激励源。     

穿堤管道主被动混合振动控制与分析

针对泵站机组运行引起的供排水穿堤管道振动问题,该研究提出一种磁流变阻尼器(magnetorheological damper,MRD)-谐调质量阻尼器(tune mass damper,TMD)有机融合(magnetorheological-tune mass damper,MRTMD)的主被动混合控制体系。利用基于线性二次型(linear quadratic regulator,LQR)最优控制算法,以结构响应加速度取最小为目标函数,优化得到主被动混合振动控制体系相关参数,以提高减振效率和稳定性。通过模拟泵站运行荷载与冲击荷载激励下的结构动力响应控制效果分析,探讨混合控制装置输出阻尼力的鲁棒性和减振效果。将MRTMD应用于穿堤管道工程,从时频域角度分析了所提出的主被动混合控制体系减振效率与有效减振频带范围,结果表明：MRTMD对结构振动耗能能力强,减振频带范围广,效果优于单一的TMD和MRD控制;针对穿堤管道结构振动响应的控制效果良好,加速度响应减振效率达到37.56%～38.07 %,位移响应减振效率达到40.23%～41.38 %;对机组主轴转动引起的转频、倍频等机械振动均可有效减弱,特别是对水流冲击、叶轮内形成的轴向漩涡造成的中低振动频率减振效果显著。该方法可为穿堤管道结构减振控制提供参考,保障穿堤管道结构安全运行。     

行星排式混合动力汽车传动系扭转振动分析

为了对行星排式混合动力汽车的扭转振动进行分析,以MEEBS混合动力汽车传动系为研究对象,分析了该车传动系统的转速特性,根据传动系各部件的动力学方程,计算了传动系的固有频率及其振型,并通过在发动机和电机激励下的强迫扭振计算,找到了影响传动系扭振的主要因素,结果表明：传动系的低阶固有频率以整车和车轮振动为主,中高频主要是差速器、减速器及行星轮的耦合振动;同时还得出扭转减振器的阻尼和刚度取为15 N·m·s/rad和618 N·m/rad,飞轮的转动惯量取0.42 kg·m2时对改善传动系统扭振响应较好。该研究可为混合动力汽车的振动及噪声性能改善提供参考。     

含气率对小流量下混流式混输泵轴系振动的影响

振动是反映混输泵运行稳定性的关键指标,液体含气率对混输泵的振动强度有重要影响.为探究小流量工况下含气率变化对混输泵轴系振动的影响规律,该研究以某3级混流式气液混输泵为研究对象,采用建立的多通道振动测试系统采集小流量工况下混输泵输送不同含气率的水时主轴和轴承座的振动信号,然后分析水中含气率对主轴和轴承座振动特性的影响规律...     

后抛式免耕播种机碎秸装置离地高度自动控制系统研制

为了解决秸秆粉碎后抛式免耕播种机田间作业时,碎秸装置入土灭茬造成作业负载大、秸秆输送装置拥堵和卡滞的问题,该文研制了基于双扇形孔金属检测圆盘和接近开关的扭转变形采集装置,以有效监测驱动轴的转速和因扭矩负载变化引起的驱动轴错位角。设计了基于32位ARM CortexTM-M3核微处理器的碎秸装置离地高度自动控制系统,实时采集驱动轴转速和错位角,分析其变化趋势,辨别作业工况,输出相应电磁阀控制信号,驱动液压缸适时调整碎秸装置的离地高度,稳定作业负载。试验结果表明,在2 500 r/min的驱动轴额定转速下,碎秸装置离地高度的改变使作业负载变化时,自动控制系统使驱动轴的转速控制在2 448～2 632 r/min之间,驱动轴错位角的变化量为±0.002 4 rad,控制信号对错位角变化的响应延时为0.24 s。田间试验结果表明,利用碎秸装置离地高度自动控制系统后机具的通过性极大改善,堵塞现象消失,作业效率提高52.9%,碎秸作业后地表残茬高度降低43.4%。该设计利用驱动轴转速和错位角的变化趋势辨别作业工况,消除了机械结构参数和材质差异等因素对驱动轴错位角的影响,可为相关农机具扭矩负载定性监测提供借鉴。