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。     

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.     

基于风能转换系统的模糊PID自适应控制

以额定风速以下风能的最大捕获为目标,设计了基于模糊PID自适应控制的桨距控制器。以发电机产生的电能与理论计算的风轮最大捕获的风能误差为输入设计控制器,该控制器在运行时根据风况在线调整PID参数,实现自整定。仿真结果表明,在额定风速以下,基于高斯型隶属度函数的模糊控制方法能够将风能转换系数控制在最优值0.476附近,叶尖速比可以维持在最优值7附近,能够实现额定风速以下的最大风能捕获。     

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.     

直驱永磁风力发电机最大功率跟踪的鲁棒控制

针对直驱永磁同步风力发电系统,考虑实际中存在的系统参数不确定性和外界干扰,研究了直驱永磁同步风力发电机最大功率跟踪控制问题。利用转子磁场定向矢量变换技术和鲁棒backstepping非线性控制技术及干扰抑制技术设计了一种鲁棒轨迹跟踪控制器,通过控制定子电流的转矩分量调节风电机转速,实现系统最大风能捕获和稳定运行。理论分析和与其他控制器的仿真比较结果均表明,所设计的控制器可以保证额定风速下系统参数存在不确定性和外部干扰时,风力发电系统仍能够实现安全可靠地最大获取风能的运行。     

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.     

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.     

面向最大风能捕获的双馈电机新型非线性积分滑模控制

为解决风力双馈电机在低风速及风速波动较大情况下转速暂态性能差、风能捕获效率低等问题,提出了一种面向双馈电机最大风能捕获的新型非线性积分滑模(NNISM)控制策略。设计了一种具有自饱和特性的新型非线性积分滑模控制器,其控制方法具有参数可调节、利用非线性势能函数规避积分超饱和效应等特点,以使整体系统具有更小的抖振;结合风力机风能利用系数和最大叶尖速比运算出风力双馈电机处于最佳叶尖速比下的最佳转速并输入至系统中,以使系统达到最大风能利用状态;构建了一套面向双馈电机最大风能捕获的新型非线性积分滑模控制系统,在组合风速变动情况下对NNISM控制器进行参数设定,以使系统于低速状态或风速波动较大情况下具有较好的动态性能。仿真结果表明,该新型非线性积分滑模最大风能捕获控制策略的控制性能不会在低速状态或风速波动较大情况时下降,具有转速超调量小、跟随速度快、鲁棒性能强等优点,可以完成最大风能捕获的控制目标,具有广泛的应用前景。     

基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟

为了准确确定作用于桨叶和塔体的风荷载,研究了基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟问题.依据随机过程的随机函数描述,提出了基于物理机制的旋转Fourier互谱,有效地考虑了桨叶旋转效应和桨叶上不同点风速之间的相关性.然后,对旋转Fourier谱(随机Fourier谱)作逆Fourier变换,实现了桨叶(塔体)的风场模拟.最后,结合典型的1.25 MW三桨叶变桨距风力发电高塔系统,进行了纵向风速场数值仿真研究.算例表明,该算法可以准确地模拟给定风环境的风力发电高塔系统脉动风速时程.     

从风力资源谈风力机的选择

当我们决定要投资风力设备时,首先要获得当地风资源的数据,这风资源最好是几年的平均值,在一般的情况下,当地政府都会保存这数据,但不应包括随机的台风情况,因为风力机在台风的特殊情况下,为保护风力机的结构,都用风力机中的煞车系统将它锁住,不运转.根据这风资源的数据,我们就可以估算出所需风力机与配套发电机的最佳设计.这篇文章包括:①如何决定当地的风速、风功率及风能量;②如何计算所需发电机的功率;③选择控制发电量的考虑,虽然年风能的产值愈高愈好,但系统的复杂性也不容忽视;④如何决定风力机的设立高度与风力机之间的距离.     

角度风作用下输电塔塔腿子结构风荷载风洞试验

完成了不同风速下2个典型特高压直流（UHVDC）输电塔角钢及钢管塔腿模型的高频测力天平（HFFB）风洞试验,研究了塔腿在斜风作用下气动力系数、角度风系数以及风荷载分配系数的分布规律,并与各国规范计算值进行了对比分析。分别构造了角度风系数以及考虑横向升力影响的夹角α的非线性函数形式,并通过试验值拟合分析确定了相关的拟合参数。结果表明：阻力系数、合力系数以及角度风系数均呈M型分布。角钢塔腿气动力系数均大于对应风向角下钢管塔腿的气动力系数,而两者角度风系数总体比较接近。各国规范计算值整体上低估了塔腿的角度风系数。角钢塔腿中风荷载分配系数的计算应利用考虑横向升力的夹角α对角度风系数进行三角变换。提出的拟合公式可为工程设计提供参考。     

建筑风环境模拟及其舒适性判断

某些建筑布局会引起很强的局部风,带来不舒适的风环境问题,通过风洞模拟试验研究可以解决这一问题.从大气边界层模拟、建筑模型风洞试验、风统计特性、风环境舒适性判断等方面介绍了几种风环境风洞模拟研究方法.     

偏转风场下高层建筑设计风速的风向折减因子

提出了超高层建筑设计风荷载估算过程中考虑风场偏转影响的强风风速风向折减因子修正方法。在风洞中模拟了一个方形截面超高层建筑刚性模型。在偏转风场和无偏风场工况下,根据提出的修正方法计算了北京地区和南京地区高层建筑设计风速的风向折减因子,分析了风场偏转对高层建筑气动力风向折减效应的影响。结果表明,偏转风场会使建筑风压存在偏移现象,最不利风压出现的风向角与无偏风场下不同,而在考虑风向折减效应的风荷载估算方法中,如果忽略风场偏转的影响就可能导致超高层建筑风荷载的低估,使得结构设计偏于危险,提出的修正方法能够有效解决这一问题。     

风电场风速和风电功率预报准确率评判方法

 对风电场风速和风电功率预报进行客观准确的评判,可以有效促进风电场风速和风电功率预报水平的提升,为减缓风电并网对电网的影响服务.本文在对风电场风速和风电功率预报准确率评判方法进行全面回顾的基础上,分析了常用数学预报准确率评判法、相对于风电场额定值的预报准确率评判法、等级预报准确率评判法和与风力发电特征紧密结合的风电场风速预报准确率评判法.同时还分析了这4类风电场风速和风电功率预报准确率评判方法的特质,及其与风力发电特征的结合程度和适用范围.     

突变风与列车风耦合气动载荷下风屏障的强度分析

自然风与列车风的耦合气动作用是铁路风屏障产生弯曲、扭转等变形的主要原因。建立了列车-风屏障耦合的三维气动仿真模型,对风屏障在突变风与列车风耦合作用下压力分布规律进行了分析。建立了风屏障固体结构分析模型,对风屏障进行了模态分析,采用流固耦合的方法分析了风屏障在不同工况下的应力及变形量,据此对风屏障进行了强度校核。结果表明：风屏障自振频率最小为6.11Hz,风屏障自振频率与列车风的振动频率相差较多,不会产生共振现象。在突变风与列车风耦合下,突变风的作用效果对风屏障的位移以及应力变化起决定性作用。在1.59s时,风屏障在突变风与列车风耦合作用下产生最大位移,其中最大负位移达到1.42mm,最大正位移达到0.605mm。H型钢立柱产生最大的Mises应力,达到83.79Mpa,比列车风单独作用时增加了152.8%。可见突变风与列车风耦合会加剧风屏障的动力响应。     

应用WRF模型模拟分析风力发电场风速

风能的规划和设计中需要比较准确地确定所选厂址区域的风力资源分布,要有先进而准确的分析手段.论文选用美国WRF中尺度模式,分别选用4种不同的陆面过程方案（SLAB、Noah、RUC和Pleim-Xiu）,对2008年6月16日08：00至6月23日08：00（北京时间）贵州乌江源地区某风电场区域进行水平分辨率1,km的数值模拟,对比分析了近地面风场以及4种陆面过程对模拟结果的影响.结果发现：WRF模式较好地模拟出了该区域近地面风场的变化特征.Noah方案模拟的风速最大值与实际测站的风速最大值较接近;SLAB方案与Noah方案模拟的7,d的风功率密度更接近实际测站的风功率密度.可见,WRF模式能够较好地反映该区域的近地面风场情况,且模拟结果受到地形及地表粗糙度的影响较大.     

江西省高山风场风能资源评价中风切变指数的研究

利用高山风场70 m高度测风塔观测数据,研究江西省高山风场风切指数变化特征。描述及总结了3处高山风场的风切变指数的日变化、月变化、季节变化特征及规律。分析结果表明地形和地表粗糙度是影响江西省高山风场风切变指数的主导因素。该结果能为江西省高山风电场的设计运行提供可靠的参考。     

有限风区内波浪数值模拟研究

【目的】研究港内波高分布特征及有限风区内风作用对波高的影响。【方法】以某码头工程为例,结合MIKE 21BW波浪模块及小区风成浪计算公式对港内波高进行计算,并对计算结果进行分析。【结果】计算组合中,W向、WSW向风作用下,港池西侧斜边岸线及西侧岸线前沿水域受岸线遮蔽的影响,波高相对较低,而湾底及东侧岸线前沿受外海入射波影响较大,波高相对较大。风作用对港内波高有一定的影响,W向风作用下,风浪对湾底岸线及东侧岸线前沿各观测点波高的贡献分别为9%~15%及12%~15%,WSW向风作用下分别为13%~35%及16%~41%。【结论】风作用对有限风区内波高的影响不容忽视。