变速恒频风力发电机组最大能量捕获策略研究

风力发电主要目的是尽可能的利用风能,针对变速恒频风力发电系统,分析了风力机特性及最大风能捕获原理.在额定风速以下通过调节发电机的转矩使转速跟随风速变化以获得最佳叶尖速比;在额定风速以上通过调整桨叶节距,保证额定功率输出而不越限.由于风速测量的准确性不高,以及风力发电系统的精确模型较难建立,采用传统的PID控制器难以在风速快速变化的情况下实现良好的控制效果.为了进一步提高风能的利用效率,文中研究了基于功率变化信息的双模糊控制策略,实现最大功率点跟踪和变速变桨控制.仿真结果表明,该控制策略能够提高风能捕获效率,较好地平滑风电机组输出功率.     

风力发电机组最佳功率追踪自适应模糊PID控制

针对变速恒频风力发电系统,以额定风速以下风能的最大利用率为目标,设计了基于自适应模糊PID控制的风能最佳利用追踪控制器.该控制器对叶尖速比进行控制,运行时根据实际输出的叶尖速比与其最优值间的误差及误差变化率在线实时调整PID参数,实现自整定,达到风能利用系数最佳的功率追踪目标.通过仿真对几种控制方法进行对比分析,结果表明,自适应模糊PID控制能够将风能利用系数和叶尖速比均控制在最优值附近,系统的稳态性能和动态性能都较好,控制效果优于PID控制和模糊控制.     

基于dSPACE的风能转换系统LPV增益调度控制

额定风速以下时,风能转换系统需要通过控制发电机转速使风能的捕获率最大.根据风速的多时间尺度特性,建立风能转换系统的非线性机理模型并得到其归一化误差的线性参数变化系统模型;在采用PI控制策略的基础上,设计了基于LPV模型的增益调度控制器,对风能转换系统的电磁转矩进行动态补偿.基于dSPACE的风能转换系统硬件在回路仿真平台进行实验分析,结果表明补偿后系统的功率系数和叶尖速比追踪其最优值的精度更高,鲁棒性更好,体现了更好的动态性能.     

DFIG风电系统最大风能捕获的滑模变结构控制方法

提出基于滑模变结构技术的新型风力发电系统简单、实用控制方法,构建基于发电机转速和发电转矩二维平面上的滑模函数,分别设计滑模控制器的等效控制和切换控制量.将其用于定桨变速DFIG系统,使系统稳定在发电机转矩、转速的最佳工作点领域,实现转矩转速的优化控制及稳定跟踪.仿真结果表明,该方法控制性能良好,能实现风能的最大捕获,具有更好的风能利用效率,验证了所提模型的正确性和控制方法的有效性.     

基于遗传粒子群算法风电机组变速与变桨系统PI控制器设计

为了提升风电机组的控制精度并降低关键承载部件的载荷情况,通过遗传粒子群方法研究了变速与变桨系统PI控制器的设计。首先,采用泰勒级数将风电机组线性化展开为状态空间方程。然后通过提取输入、输出和平衡点分别构建变速与变桨系统的数学模型。其次,分别采用Routh法和最小二乘法将变速与变桨系统辨识为低阶惯性系统和惯性时延系统。然后分别基于时间加权绝对误差积分准则和Chien-Hrones-Reswick法整定变速与变桨系统PI控制参数。最后,采用帕累托方法分配控制目标的权重关系并基于遗传粒子群算法优化变速与变桨系统PI控制参数,进而采用最小二乘法将其分别与风速和桨距角拟合构建自适应PI控制。结果表明：在变速控制中能够有效提升输出功率并抑制塔架顶部侧向振动;在变桨控制中能够有效平抑输出功率和发电机转速波动并降低叶片根部载荷情况。可见通过遗传粒子群方法设计的变速与变桨系统PI控制器具有良好的有效性和适用性。     

基于On-off和H_∞状态反馈的风能转换系统的双频环优化控制

根据风速的多时间尺度特性,在风能转换系统非线性机理模型的基础上,基于频率分离原理建立风能转换系统的双频环模型.在优化控制理论指导下,以额定风速以下的风能最大捕获为目标,针对低频环模型和高频环模型分别设计优化控制器,其中低频环采用On-off稳态优化控制方法,高频环采用H∞状态反馈优化控制方法,从而建立了风能转换系统的双频环优化控制结构.仿真结果表明:基于On-off和H∞状态反馈的风能转换系统的双频环优化控制方法是有效的,且相对于单纯的On-off控制具有更高的控制精度和更好的鲁棒性能,可以实现在额定风速以下的风能捕获功率最大化.     

基于模糊性能估计器的风能转换系统反馈控制器

针对风能转换系统(WECS)强非线性、参数不确定性的问题,设计基于模糊性能估计器的T-S模糊状态反馈控制器.以高速杆转速和电磁转矩为前提变量,采用无损调试方法,利用隶属度函数构建了整个全局模型模糊状态反馈控制器.实现了WECS模型的模糊动态化,减小了建模误差和外界扰动影响.仿真结果表明:该控制器能将风能转换系数和叶尖速比控制在最优值附近,实现了额定风速下风能捕获的最大化.     

基于自适应模糊控制的双馈异步风力发电机

双馈异步风力发电机采用交流励磁,利用最近邻聚类学习算法建立发电机电磁转矩自适应最优模糊控制,低风速时获取最大风能利用系数.高风速时,变论域自适应模糊控制器控制桨距角,实现机组的变速恒频运行.模拟仿真结果表明了该方法的有效性.     

风能转换系统双频环的H∞鲁棒控制

针对风速的多时间尺度特性,建立风能转换系统的双频模型,引入一种混合灵敏度H∞鲁棒控制设计方法,根据风能转换系统特点综合选择鲁棒加权函数,设计风力发电机的转速控制器,实现额定风速以下的风能最大捕获.仿真结果表明:控制器在系统模型的不确定性和强干扰情况下,具有鲁棒稳定性和抗干扰性能,有效实现风能转换系统的最大风能捕获.     

基于柔性传动链的风力机功率控制

针对风力机变桨系统特性,研究功率控制策略。首先分析风力机能量转换理论,确定影响功率输出的重要因素;再建立变桨系统闭环传递函数模型;以低速轴和高速轴为纽带,考虑柔性,建立柔性传动链系统模型。由于作用在风轮上的风速难于准确实时测量,以最小二乘支持向量机方法对风速进行预测,然后采用变论域模糊方法实现变桨过程中的功率控制,提高系统的自适应能力。仿真验证了所提方法的适用性和有效性。     

基于MATLAB/SIMULINK的并网型双馈风力发电机仿真模型的研究

在分析双馈发电机交流励磁变速恒频发电运行原理的基础上,利用MATLAB/SIMULINK分别搭建了空载并网控制模型和并网后的追踪最大风能变速恒频发电运行模型,并结合两种模型进行分时仿真,解决了传统仿真方式中由于并网前后定子电压输出方向不同,而无法讨论并网瞬间工况的问题.仿真结果表明了文中所建立的风力发电机模型不但可以在变速情况下可靠并网,而且并网后还能在变速恒频运行的基础上实现有功功率、无功功率的解耦控制.     

变速恒频风力发电最大功率补获控制策略研究

为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,在分析变速恒频风力发电系统最大风能捕获原理的基础上,研究了一种不需要检测风速的最大风能捕获功率控制策略.这种控制策略既可以实现双馈发电机系统低于额定风速下的最大风能捕获控制又可以实现变速恒频双馈风力发电机的有功、无功功率的前馈解耦控制.最后,利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性.     

双馈感应风力发电机的H_∞鲁棒控制

研究了变速恒频双馈感应风力发电系统的鲁棒控制问题.利用基于定子磁场定向的矢量变换技术,建立了同步旋转坐标系下双馈感应发电机的状态空间模型,为了降低控制器的阶数以利于工程实现,对该动态数学模型进行了合理简化.针对最大功率点跟踪控制中建模误差、外部干扰等不确定性的影响,应用H∞鲁棒控制理论,设计了具有鲁棒干扰抑制作用的电机转子电压控制器.仿真结果表明,即使在参数变化、未建模动态等不确定因素以及风速突变干扰下,所设计的控制器仍可保证电机转速很好地跟踪指令值,使风力发电系统最大效率地吸收风能.     

双馈风力发电系统最大风能追踪控制研究

文章分析了国内外风力发电技术的发展现状,研究了双馈异步风力发电机组最大风能捕捉方案,研究了由风力机、传动系统、双馈异步发电机以及双PWM变换器等模块组成的风力发电最大风能追踪控制系统。风力机采用变桨距控制,双馈异步风力发电机采用变速恒频技术,发电机采用功率外环、电流内环的双闭环控制,利用定子磁链定向矢量控制实现有功功率和无功功率的解耦控制。并研究了双馈异步风力发电控制的硬件系统和软件系统,硬件系统由主电路、控制电路和驱动电路组成,软件系统研究了网侧和转子侧的控制流程图。基于Matlab/Simulink软件进行了建模仿真,仿真结果表明,系统具有较好的控制效果,可实现最大风能控制。     

开关磁阻风力发电系统非线性仿真研究

根据磁阻发电机的工作原理并结合最大风能捕获原理,搭建了开关磁阻发电机系统的非线性仿真模型。仿真结果验证了SRG非线性模型的正确性,系统输出电压能够快速、平稳建立,恒功率输出控制效果良好。在此基础上运用模糊控制策略设计模糊控制器。优化了电机转速。     

并网风力机中基于变桨距角的神经网络控制方法

针对并网风力机的运行特性,在其传动系统和发电机的动态模型基础上设计控制器.当外界风速较大,提出采用基于神经网络的风力机叶片桨距角控制器抑制多余的风能进入发电系统,维持风力发电机馈送到电网的功率稳定;当风速较低时,风力机转速需要跟随风速变化,调整叶片桨距角处于捕捉最大风能位置处,保证风力机的风能转换效率最优,提高其运行效率.仿真结果验证了该控制方法的有效性.     

永磁风电机组全程高效风能获取非线性控制器设计

针对永磁风电机组中存在的主要非线性环节(风能捕获功率的复杂非线性、发电机的典型非线性),设计风机转子角速度决策环节和非线性控制器,实现对风电机组的精确控制,达到全风速范围高效风能获取的目标。首先通过非线性观测器得到风速估计值,然后通过风能捕获功率的复杂非线性函数分析得到角速度参考值,最后利用角速度参考值与实际角速度值的差值驱动非线性控制器得到控制电压,以实现全程高效风能获取。针对风电机组模型,基于Lyapunov定理设计非线性控制器,能使实际角速度准确跟踪理想角速度的变化。仿真验证结果表明,非线性控制器的设计方法可行、有效。     

独立变桨控制对大功率风力发电机受载的影响

以大功率风力发电机组为研究对象,采用线性叶素动量理论将叶片拍打方向的相对风速变化转换为叶片所受的力和力矩(叶根拍打方向和挥舞方向的力矩)的变化。通过Coleman变换进行转换,建立系统状态空间方程。对其进行独立变桨控制设计理论研究,采用MATLAB/SIMULINK实现控制器的编程,分析结果与统一变桨比较表明：独立变桨距控制比统一变桨距控制具有更好的减载效果,更适合大型风力发电机组。通过独立变桨,可以降低风力发电机的载荷,减少维护费用,延长风机的使用寿命。     

时变遗忘因子的子空间辨识及预测控制器设计

针对线性时变多变量系统,在存在不可测干扰及系统动态特性变化较大的情况下,不需要已知系统先验结构信息,不需要辨识出系统参数矩阵,提出一种完全数据驱动的具有变遗忘因子子空间辨识的预测控制器设计方法.预测控制是一种基于模型的控制方法,为了更好地建立被控系统模型,在已有的在线辨识基础上,根据实测输出值与预测输出值的误差构造变遗忘因子,以调整采集数据的权重,提高辨识灵敏度和控制效果.最后通过实例仿真验证算法的有效性.     

运用MPPT的变速恒频双馈风力发电仿真

为改进变速恒频发电系统的性能,采用励磁控制优化的相关理论与仿真研究的方法,对双馈风力发电机的系统进行建模,通过最大功率点追踪(MPPT)算法的相关理论以及最优算法,提出一种不依赖于风速测量实现双馈风力发电系统最大功率点追踪(MPPT)控制的策略,运用Matlab软件建立变速恒频双馈风力发电仿真模型进行数值模拟分析.研究结果表明:仿真模拟验证了该研究方法的正确性.对于推广绿色能源技术、节能减排具有重要理论及实际意义.