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.     

基于动态补偿和逆系统方法的有功功率平滑控制

利用逆系统方法将风电系统模型简化为一阶动态系统,并设计其逆系统与之级联,构成伪线性系统.在此基础上设计误差归一化动态补偿控制器,分别对桨距角和机械转矩进行动态补偿,并且针对不同的风机数据,选择适合的补偿系数以描述补偿强度.使用MATLAB/SIMULINK构建系统模型并进行仿真,理论分析和仿真结果证明,该方法通过桨距角的快速动作有效减小了风机机械转矩和输出功率的波动,从而提高了风速变化条件下风能转换系统的可靠性.     

风能转换系统的双频环容错控制

针对风能转换系统,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,考虑传感器部分失效的情况,建立风能转换系统的双频环模型.基于双频环模型,低频环采用PI稳态优化控制方法,高频环采用容错H∞控制方法,从而实现额定风速以下风能的捕获率最大,并且在传感器发生故障时系统仍然能够正常运行.仿真结果表明,在传感器部分失效情况下,文中提出的方法是有效的.     

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.     

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.     

数据驱动的变速变桨风能转换系统恒功率控制

为了实现风能转换系统在额定风速以上的恒功率控制,必须同时控制桨距角和电磁转矩。针对变速变桨风能转换系统具有强非线性和不确定性难于建立精确模型的问题,将数据驱动的最优控制理论和多变量控制策略相结合,根据变速变桨风能转换系统的输入输出数据得出系统的马尔可夫参数,据此构造一个基于数据的状态观测控制器,并通过差分Riccati方程的闭合解来设计多变量最优反馈控制器。在MATLAB/Simulink的仿真结果表明:在不建立模型的基础上设计的数据驱动的多变量最优控制器能够有效地实现系统的恒功率输出控制。     

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.     

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.     

基于逆系统方法的变速变桨距风机的桨距角控制

为优化变速变桨距风电系统的高风速区风电系统的风能捕获,基于奇异摄动理论和逆系统方法提出一种非线性的桨距角控制器.该方法将风电系统模型简化为一阶动态系统,并设计其逆系统与之级联.由于级联系统呈"伪线性",可由线性系统理论的相关方法设计其动态性能.理论分析和仿真实验证明了系统的稳定性.与传统的比例积分(PI)控制器相比,该非线性控制器可以减小风速波动所引起的风机机械转矩、转速和系统输出功率的脉动;与其他非线性控制器相比,该控制器更易实现和移植.     

基于永磁同步风力发电系统的自抗扰控制

以额定风速以下风能的最大捕获为目标,针对基于永磁同步风力发电系统反馈线性化模型设计了一种自抗扰控制器。所设计的自抗扰转速控制器包括扩张状态观测器和非线性状态反馈控制律,前者将扰动作为扩展状态,后者将估计转速与给定转速之差通过非线性函数变换推导出控制律,并在Matlab/Simulink下搭建仿真模型。仿真结果表明,风速在额定风速以下时,自抗扰控制方法能有效实现风力发电机组的最大风能捕获。     

同步坐标下的无刷双馈风力发电机控制系统

从转子参考轴d-q模型出发，研究同步坐标下的无刷双馈电机（BDFM）的数学模型，根据BDFM的特性，采用磁链定向的矢量变换控制技术，设计了一种新型的功率控制系统。该系统通过控制发电机的控制绕组进行交流励磁。实现变速恒频发电机有功、无功的解耦控制。同时，考虑到电机结构的复杂性以及电机参数随环境的可改变性，对功率环采用模糊控制，可以更好地增强系统的鲁棒性，从而实现最大风能捕获和高效发电运行。计算机仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性。     

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。     

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.     

液压能量调节型风力发电机组储能发电的恒频控制

为了消除风能波动性和间歇性对电网平稳运行的冲击影响,实现风轮捕获能量的储存与调节,将储能系统引入到液压型风力发电机组的泵控马达闭式液压系统中,利用AMESim软件建立了无风时独立依靠储能系统储存液压能驱动马达旋转的数学模型.针对这种新型液压风力机液压系统的组成和工作原理,提出了一种恒压差+恒转速的双闭环马达恒转速控制策略以保证储能发电时发电机始终工作在同步转速.对比分析了在恒压差单闭环与恒压差+恒转速双闭环控制作用下系统各变量的响应曲线和变化趋势.仿真结果表明所设计的双闭环马达恒转速控制策略可以使马达转速稳定在1 500 r/min,满足储能单独发电时对输出电能频率的要求.     

考虑风电不确定性的自适应MPC负荷频率控制方法

对风电不确定性引起的电力系统负荷频率控制变化问题展开研究.首先,对双馈风机(DFIG)虚拟惯性控制特征进行分析,构建风电参与的自动发电控制(AGC)系统模型;其次,讨论系统等效惯性时间常数H与风速变化的关联关系,描述风电不确定性对自动发电控制系统参数的影响;最后,进行自适应模型预测控制策略的设计,保证在风电输出不确定的情况下,控制器能够针对系统参数变化进行自适应调整,以保证最优的负荷频率控制效果.仿真结果表明:当风速变化而导致系统参数发生改变时,所提方法能够有效抑制高风速带来的等效惯性时间常数下降对频率控制的不利影响,并且具有更好的负荷频率控制能力.     

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.     

基于风速预测的双馈风力发电机组变桨距协调控制

在分析风能的特性、风速区域划分以及大型风力发电机组常用控制方法的基础上,指出当前控制中存在的滞后、大惯性等问题.针对这些问题,提出基于风速预测的新型变桨距协调控制方法,在高于额定风速的情况下,加入风速预测环节,从而克服风速测量滞后、桨距角调节惯性大等问题.这种控制方法将小波变换嵌入时间序列法中,用于建立ARMA模型进行风速预测,然后将预测的风速送入控制环节,具有较好的动态控制性能.最后,通过实例仿真验证了该设计方法的有效性.     

可再生能源分布式发电系统能量互补控制的研究

为了解决可再生能源分布式发电系统的稳定性问题,在系统中加入了储能设备,使总线电压得到了平滑.介绍了可再生能源分布式发电系统的能量互补控制原理,并建立了能源分布式发电系统的数学模型.采用直接转矩控制算法对系统的能量互补控制过程进行了仿真实验,在系统的风机模拟器和飞轮上的仿真与实验结果表明当直流总线电压低于300V时,飞轮转速迅速下降,飞轮释放能量,系统维持稳定;当直流总线电压高于300V时,飞轮转速上升,飞轮存储能量,系统维持稳定.     

Buck变换器线性参数变化模型的增益调度控制

针对开关变换器的输出电压极易受到输入电压或者负载波动的影响,提出一种建立在Buck变换器线性参数变化(LPV)模型基础上的增益调度控制策略.首先,将Buck变换器的小信号模型转换成以负载电阻和输入电压作为变参数的LPV模型,基于LPV的凸分解方法,利用线性矩阵不等式(LMI)技术对凸多面体各顶点分别设计满足H∞和闭环极点配置的反馈控制器,再插值各顶点所设计的反馈控制器,综合得到具有多面体结构的LPV控制器.该方法在线计算量小,容易实现.最后,通过仿真验证了设计方法的有效性,与传统的鲁棒控制策略的控制器相比,所设计的LPV控制器受Buck变换器中输入电压和负载电阻波动影响较小,具有更好的控制性能.