【基于三闭环控制的风电变桨系统仿真模型的构建案例分析2200字】

基于三闭环控制的风电变桨系统仿真模型的构建案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u85181.1三闭环控制系统的结构和优点 1137271.2风电变桨系统仿真模型的构建 2250632.风电变桨系统系数的仿真分析 328242..1风电变桨系统仿真模型的参数整定 320222..2控制特性仿真分析 31.1三闭环控制系统的结构和优点三闭环控制系统的结构就是由位置环、速度环、电流环组成。位置环作为最外环，它的输出就是电流环的输入，其作用就是稳定的跟随位置给定，使实际位置调节到给定位置附近。［17］位置环作用的情况下，所有的三个环都在工作所以此时运算量最多，动态响应时间也最长。速度环，就是在光电传感器和电机编码器的作用下将处理过的信号进行PID反馈控制，他环内的输出可以作为电流环的输入。速度环控制包含了电流环和速度环这两个部分，总而言之就是无论在哪一种模式状态下，电流环均参与了工作。电流环是控制系统作用的基本，电流环全部在伺服驱动系统的内部进展工作，其功能是将输出电流近似跟随设定电流，电流环工作模式状态下，计算量是最小的，与此同时动态响应也是最快的。［18］风力发电机组变桨系统的三闭环控制结构模型如图2.所示。图2.风电变桨系统的三闭环控制结构模型图三闭环控制采用的控制方法是PID反馈控制法，它的一些特点是算法比较简单、鲁棒性好和稳定性高。［19］与简单闭环控制和双闭环控制相比，三闭环控制控制精度更高，更加满足伺服系统对精度的要求。除此之外，三闭环变桨系统在工作起动过程中有如下三个优点，首先是具有饱和非线性控制的特点，它可以根据APR在不同阶段的不同状态表现成完全有差别的线性系统，从而使得整个起动过程不可以简单的线性分析，需要对其先分段在进行分析。第二个优点是三闭环控制系统具有位置超调的特点。最后它还具有准时间最优控制的优点，也就是在理想条件的前提下满足最短时间的控制。1.2风电变桨系统仿真模型的构建风电发电机组变桨系统的具体作用就是采用三闭环控制系统进行调节。它主要由三个环构成，三个环分别为位置环、速度环和电流环，三环都采用PI控制。［20］桨距角的给定值和实际值的偏差作为控制系统的输入，控制系统通过偏差值信号对实际位置进行调节，从而使位置实际给定值近似和位置给定值保持一致。具有电流环内环的三闭环控制系统的仿真图如图5所示。图5风力变桨系统仿真图三闭环控制风力变桨系统的模型中需要对同步脉冲触发器进行封装，六脉冲触发器和同步电源封装后的内部封装如图6所示。图6同步脉冲触发器内部封装图同步触发脉冲器由六脉冲触发器和同步电源构成。六脉冲触发器工作所需的电压为三相同步线电压，而同步电源的功能就是将三相交流源的相电压转变成线电压。与图5的仿真电路图结合，构建出总体的仿真模型。2风电变桨系统系数的仿真分析2..1风电变桨系统仿真模型的参数整定三相交流电源峰值为220V，频率50hz，首相为0°，其他变量选取默认值，B、C相设置与A相相同只是首相互相相差120°。晶闸管整流桥的缓冲内阻设为、内电阻的值设定为，内电抗为0，“PowerElectronicdevice”选择“Thyristors”。直流电机的电压参数值为,电感参数值为,励磁电阻为，电枢电感为0.012H，电枢电阻为，励磁绕组和电枢绕组互感参数值均设定为，电动机转动惯量取,额定负载转矩T1=100N.m。给定环节的参数设置130°,限幅器的上下限设置为[97,0]，平波电抗器的电感值L=9e-3H。位置反馈系数设定为，速度反馈系数设定为，电流反馈系数设定为。三闭环调节器的参数给定如下：位置环(APR)：限幅设置[25,-25]。速度环(ASR)：限幅设置[130,-130]。电流环(ACR)：限幅设置[130,-130]。2..2控制特性仿真分析系统模型建立完成后，对参数设定再进行仿真，图8、图9和图10分别为三闭环控制的风力发电机组变桨系统的仿真输出的位置波形图、转速波形图和电流波形图。图8位置波形图图9转速波形图图10电流波形图由仿真结果可知，在变桨系统起动时，电流和转速快速达到最大值，变桨系统的桨距角以最大加速度快速上升。当达到给定值时，电流和转速开始下降经过一定震荡后，桨距角达到额定值，此时因为空载运行，电流和转速降低近似为0。约0.56S时，突加负载，桨距角、转速和电流发生波动，达到稳态后，桨距角基本回到系统给定值（基本无静差），转速与实际的转速相同，电流与实际的负载电流一致。在变桨的整个过程中位置调节器经历了三个阶段分别是不饱和阶段、饱和阶段、退保和阶段。第一阶段为电流上升阶段，此时速度环和电流环快速进入饱和状态，位置环不饱和。第二阶段为恒流升速阶段，此时，位置曲线呈线性增长，这一阶段位置调节器恒处于饱和阶段，位置环相当于开环。这一阶段为三闭环控制的主要阶段，他基本上完成了处于电流和转速受限状态时的快速启动，此时运用了饱和非线性控制的方法，以保证满足准时间最优控制。第三个阶段是位置调节阶段，当位置达到给定值时，位置环的输入偏差为0，但是因为其输出在积分控制的作用下，仍可以维持在限幅值附件，从而电机仍在加速，所以位置波形曲线出现超调。位置出现超调后，位置环输入偏差变成负值，速度环和电流环开始脱离饱和状态，从而确保速度和电流保持恒定。在三闭环控制的风电变桨系统中，位置环的作用是对桨距角进行准确的位置跟随并使之稳态无静差。速度环的功能是对转速进行抗干扰调节。速度环的环内输出也就是电流环的输入。电流环的功能是进行电流跟随，可以及时的阻止电压波动和进行过电流保护。系统起动时，位置环不起作用，速度环和电流环发挥