风电机组控制与优化运行练习题

《风电机组控制与优化运行》练习题
第1章 绪论
1. 风力发电系统常规的控制任务和要求有哪些？
2. 现代风力发电机组控制系统一般包括哪些主要内容？
3. 风力发电机组常用的传感器有哪些？
第2章 风力发电机组控制原理
1. 写出模拟PID 控制器的输出-输入微分方程及其传递函数，工业上常用的PID 控制器有哪几种常见的控制规律组合？
2. PID 控制器的三种基本控制作用各有何特点？
3. 写出数字PID 的位置式算法表达式，该算法有何特点？
4. 写出数字PID 的增量式算法表达式，该算法有何特点？
5. 为什么提出积分分离PID 算法？写出其算式。

6. 要全面评价一个控制系统的性能应主要从哪些方面进行综合评价？
7. 表征控制系统性能的单项指标主要有哪些？各指标有什么物理意义？
8. 控制系统的综合性能指标主要有哪几个？各有何特点？
9. 采用临界比例带法整定控制器参数的具体步骤是什么？该方法有何特点？ 10. 采用衰减曲线法整定控制器参数的具体步骤是什么？该方法有何特点？ 11. 采用响应曲线法整定控制器参数的具体步骤是什么？该方法有何特点？ 12. 某控制对象的传递函数为2
)
12(5
.0)(+=S S S Wo ，试设计一个采用PI 调节器的单回路控制系统，要求：
⑴画出对象的阶跃响应曲线； ⑵画出控制系统的结构示意图；
⑶调节器采用纯比例作用，调节比例增益K P =0.84时得到图2-1所示的闭环系统阶跃响应曲线，试整定PI 调节器的参数(要求有具体数值)。

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0.0
0.20.40.60.81.01.2
1.4Y ---75 P e r c e n t
Time/s
图2-1 比例增益K P =0.84时某闭环系统的阶跃响应曲线
13. 某控制对象的传递函数为2
()51
s O W S e S -=+，试设计一个采用PID 调节器的单回路控制系统：
1
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3
4
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6
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-0.2
0.00.20.40.60.81.01.21.4
1.61.8Y ---0 P e r c e n t
Time/s
图2-2 比例增益K P =4.25时某闭环系统的阶跃响应曲线
⑴画出对象的阶跃响应曲线； ⑵画出控制系统的结构示意图；
⑶调节器采用纯比例作用，调节比例增益K P =4.25时得到图2-2所示的闭环系统阶跃响应曲线，试按工程整定法整定PID 调节器的参数(要求有具体数值)。

14. 某控制对象的传递函数为2
0.5
()(21)O W S S S =+，试设计一个采用PI 调节器的
单回路控制系统，要求：
⑴画出对象的阶跃响应曲线； ⑵画出控制系统的结构示意图；
⑶调节器采用纯比例作用，调节比例增益K P =0.56时得到图2-3所示的闭环系统阶跃响应曲线，试按工程整定法整定PI 调节器的参数(要求有具体数值)。

5
10
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50
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65
0.0
0.20.40.60.81.0
1.21.4y ---90 P e r c e n t
Time/s
图2-3 比例增益K P =0.56时某闭环系统的阶跃响应曲线
15. 试画出一个典型的串级控制系统方框图并分析其在副回路内部扰动时的工作过程。

16. 串级控制系统的适用范围是什么？有何优点？
17. 某对象分成W O1(S)和W O2(S)两部分，采用如图2-4所示的单回路调节系统。

图中W T(S)为调节器，r为给定值，λ为外部扰动。

今发现在λ扰动下系统动态偏差过大，试将该单回路调节系统改为串级调节系统，要求将λ扰动纳入副回路中以减小动态偏差，画出系统方框图并说明其工作原理。

图2-4 某单回路控制系统方框图
18. 图2-5所示为何种控制系统？试推导系统实现完全补偿时补偿器W m(S)应具有的传递函数？
图2-5 某控制系统方框图
19. 什么是风力机的功率特性？试画出一风力机的理想功率特性曲线。

20. 根据风力机的功率特性曲线，风力机可分为哪几个运行区域？各区域的控制要求有何不同？
21. 何为最大功率点跟踪(MPPT)控制？常用的最大功率点跟踪控制方法有哪几
种？已知某风力机在不同风速下的功率曲线如图2-6所示，试画出最大功率点曲线。

图2-6 某风力机在不同风速下的功率曲线
22. 某风力机的MPPT控制系统如图2-7所示，试说明其基本原理。

图2-7 某风力机的MPPT控制系统方框图
23. 某风力机采用功率反馈信号实现MPPT控制，其功率曲线如图2-8所示。

设在某一时刻的风速为v2，风力机运行于该风速下的最佳功率点A，风力机转速为ωA。

试分析当风速由v2增加到v3时风力机功率和转速的变化过程。

图2-8 采用功率反馈的MPPT 控制
24. 在早期的风力发电系统中，将偏航控制系统作为功率调节的一种辅助手段，为什么现代风力发电系统不再使用这一技术？
25. 风电机组的工作状态分为哪四个基本状态？层次较高的状态降为层次较低的状态有哪几种情况？层次较低的状态要升高到层次较高的状态有何限制？ 26. 偏航系统的主要功能和作用是什么？ 27. 偏航系统主要由哪几个部分组成？
28. 试画出偏航控制系统的原理方框图，并说明偏航计数器的作用。

29. 试画出一典型模糊控制器的结构示意图。

30. 用快速查表法实现模糊控制的基本思想是什么？
31. 试画出“模糊—PI/PID ”双模控制系统的方框图，并说明其控制原理。

32. 试画出“模糊—I ”复合控制系统的方框图，并说明其控制原理。

33. 什么是模糊自适应PID 控制？画出其典型方框图。

P P P C
第3章 风力发电机组的动态特性
1. 试画出风力机（即气动子系统）的数学模型组成方框图？
2. 已知风电机组传动系统的微分方程如下：
em
r r D r
nT T K dt d J
-=+ωω
其中，J 为传动链转动惯量，ωr 为风力机旋转角速度，K D 为阻尼系数，T r 为风力机捕获的气动转矩，T em 为发电机负载转矩，n 为齿轮箱传动比。

试画出传动系统的传递函数方框图。

3. 异步发电机的转矩—速度特性曲线如图3-1所示，试说明其发电机/电动机运行状态，并分析其在发电状态下的稳定运行区域。

图3-1 FSIG 的转矩—速度特性曲线
4. 已知FSIG 的电磁转矩为：
2221)(3r s g r s s e
g r
g em
X X s r r U s r p T ++⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛
+⎪⎪
⎭⎫
⎝⎛=ω
试分析其转子电阻r r 变化时的转矩—速度特性曲线如何变化？ 5. 已知FSIG 的电磁转矩为：
2221)(3r s g r s s
e
g r
g em
X X s r r U s r p T ++⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛
+⎪⎪
⎭⎫
⎝⎛=ω 试分析发电机端电压U s 变化时的转矩—速度特性曲线如何变化？
6. 已知永磁同步发电机PMSG 的d-q 轴数学模型方框图如图3-2所示，试据此写出其在d-q 轴下的电压—电流方程。

图3-2 PMSG 的d-q 轴数学模型方框图
7. 已知电动变桨距伺服系统方框图如图3-3所示，试写出其线性区传递函数。

图3-3 电动变桨距伺服系统方框图
第4章风电机组并网技术
1. 异步风力发电机组有哪几种并网方式？
2. 风电机组并网后应主要关注哪几个方面的问题？
3. 什么是低电压穿越能力LVRT？
4. 目前风电机组采用的低电压穿越技术主要有哪几种？。