可控负荷模拟实验装置控制策略研究

本文提出了一种模块化可控负荷特性模拟实验装置的主电路拓扑,该装置主要由PWM高频整流H桥模块、谐波H桥模块、低频级联H桥模块组成。本文主要研究装置的控制策略,根据模块的不同功能采取不同的控制策略,有效模拟谐波电流发生、电流波动和负荷电流不平衡,以及功率的调节,并能模拟各种复合扰动。     

小型风电系统最大功率跟踪的研究

通过对由新型无刷直流发电机构成的小型风力发电系统的分析，提出了一种最大限度获取风能的控制方法，该方法通过控制新型无刷直流发电机的电磁转矩一转速特性间接地控制了风力机的机械转矩一转速特性，使风力机在额定风速以下以最佳尖速比运行，自动跟踪其最大功率点．详细阐述了运用此控制策略的功率调节器的设计方法，并实际制作了100W的功率调节装置．系统实验结果表明，新型控制方法在最大功率跟踪上取得了很好的效果，对提高小型风电系统年发电量有参考和应用价值．     

垂直轴水轮机水动力性能的数值模拟研究

即使在均匀水流驱动下,垂直轴水轮机的旋转角速度也不是恒定不变的,而是波动的。为了模拟水轮机的自启动性能,采用二维CFD方法计算水轮机所受到的转矩。通过求解水轮机的运动方程,得到水轮机的旋转角速度及负载吸收的功率。计算得到的能量利用率系数与实验值吻合良好,证明了此方法的可行性。分析了负载阻尼系数对水轮机能量利用率系数的影响,发现存在一个使水轮机获得最大输出功率的最佳负载阻尼系数。     

矩形潮流能水轮机性能研究

为了有效地利用潮流能,设计了一种适合于中低流速、容易实现大型化的新型潮流能发电转换装置——矩形潮流能水轮机.基于矩形水轮机的设计,采用数值模拟的方法,分析了密实度、叶片安装摆角、流速等参数对水轮机性能的影响,并对叶片间流场扰动进行了研究.结果表明:叶片数(密实度)和叶片安装方式对矩形水轮机的获能特性和推力特性产生较大影响,通过调节叶片数和安装摆角可以改善水轮机的能量利用效率;来流是影响矩形水轮机工作性能的外在因素,在叶片数和安装摆角确定的情况下,来流不仅可以改变矩形水轮机的工作速比区间,而且还直接影响着矩形水轮机的功率、推力特性;叶片在迎流面和背流面体现出不同的水动力特性,叶片在背流侧的能量捕获能力明显低于在迎流侧的,迎流侧叶片对流场的扰动是一种负面效应.     

基于快照POD的抽蓄电站全流道模拟研究

提出了一种基于快照本征正交分解(POD)的降阶模型实现水泵水轮机瞬态流场快速计算的方法,获得可快速计算水泵水轮机瞬态流场参数的5阶POD模型．将特征线法(MOC)有压管道、水轮机控制系统等与降阶模型串联并求解抽蓄电站甩负荷工况的全流道水力特性．通过对全流道的传统数值模型、MOC-POD模型与实测数据对比获取误差值,可以得出：新模型获取进出口压力的均方根误差与最大相对误差均小于传统模型,且仿真时间减少约98%,证明新方法对甩负荷过程参数模拟具有准确性与高效性．     

双馈风电机组总体控制策略及运行性能

为了全面准确分析并网风力发电机组实时运行特性,有必要对风电机组总体控制策略及其运行性能进行研究。针对双馈风力发电机组类型,建立了风力机、传动链和双馈发电机的数学模型。从风能最大利用和风机安全运行角度,提出了考虑电机损耗最小的风电机组最大功率输出控制策略,以及考虑转速和功率限制的变桨控制策略。结合双馈发电机功率解耦控制策略对风电机组的总体运行性能进行了仿真。通过仿真、理论分析以及实际风电机组运行数据的比较,结果表明所建立的双馈风电机组数学模型和总体控制策略是有效的。     

电动汽车动力电池特性仿真系统

为了更好地模拟动力电池的动态特性,开发相应的控制策略,建立了适用于电动汽车的动力电池仿真平台,并且分别建立了动力电池剩余电量模型、最大充放电功率模型和电池热模型.基于电动汽车的不同工况进行了动力电池系统的仿真.结果表明,所建立的动力蓄电池模型能够很好地模拟电动汽车运行过程中蓄电池组的动态行为,为动力蓄电池管理系统软、硬件的开发和电动汽车整车控制策略的开发提供了良好的平台.     

基于优化补偿控制的动态电压恢复器数字系统设计

针对传统的补偿控制策略存在相位失真、有功功率消耗大的问题,提出一种优化补偿控制策略.该策略通过注入动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)有功功率的大小来优化直流侧电压的调节量,并对优化补偿策略的补偿特性进行系统分析;针对逆变单元输出受到非线性和冲击性负载扰动的问题,建立了一种混合级联H桥多电平逆变拓扑,分析其结构及工作原理,完成了多电平DVR数字系统的设计,包括软硬件的设计.在Chroma6590可编程交流电源上模拟电网电压,并在该系统上进行并网补偿试验.仿真与试验结果表明,所设计的DVR系统补偿效果很好,能够实现装置输出有功功率最小并延长补偿时间,有效减少输出谐波.     

基于LSIBM-LES的浅水河岸水轮机尾流特性分析

设计了一种部分嵌入在浅水河岸侧壁上的新型阻力型垂直轴水轮机．这种水轮机在河流中层运行,可以有效适应流量、泥沙等多种环境因素的变化,且对鱼类等水生生物友好．为研究水轮机的性能及尾流特性,对其在明渠中的流动过程进行了大涡模拟(LES)．采用基于水平集函数的浸入边界法(LSIBM)分别描述了规则半圆柱形空腔及复杂水轮机的几何结构,并基于耦合水平集流体体积(CLSVOF)法捕捉不断变化的自由液面．将计算得到的不同叶尖速比下的水轮机功率系数与模型试验结果进行对比,验证了数值仿真结果的准确性．基于计算结果对雷诺应力进行了三重分解,结果显示水轮机近尾流区域的不稳定性与叶片通过频率密切相关．     

变速恒频风力发电最大功率点跟踪控制

交流励磁变速恒频(VSCF)风力发电时,常使用电网电压定向矢量控制技术来实现双馈电机(DFIG)输出有功、无功功率的解耦控制,从而完成最大风能跟踪.然而研究发现,在实行最大风能跟踪时,发电系统向电网输送的净电能并非最多.提出一种以向电网输送净电能最多为目标的新的最大功率点跟踪控制策略.该控制策略在不检测风速情况下,能够自动寻找并跟随最大功率点,且不依赖风力机最佳功率特性曲线,提高了发电系统的运行效率,具有良好的动、静态性能和鲁棒性.仿真和实验结果证明了该控制策略的正确性与有效性.     

双馈风机系统最大功率控制研究

我国乃至全球风力发电技术目前还不够成熟,在发电过程中存在很大的损耗。 众多解决方法都存在着抗干扰性(即稳定性)较差,响应速度较慢的问题,难以精确迅速地跟踪最大功率点,实现双馈电机的最大输出,而且由于风力机响应时间常数大、精度低、动态调节能力差,风速检测比较困难,很难通过调节风 力机转速实现最大风能追踪。 为了解决这些问题,提出以双馈电机定子输出反馈给电网的功率最大为目标,建立基于电网电压定向下的 DFIG 数学模型,并在此模型基础上引入模糊控制,实现双馈电机最大功率点跟踪策略(把追寻双馈电机定子输出给电网电能最大控制策略统一称之为最大功率点跟踪策略)。 最后,通过MATLAB 进行仿真和实验不同风速条件下的动态调节性能,实现了双馈电机最大功率点跟踪的稳定性和灵敏度提高,并且在风速变化的情况下也能迅速进行最优控制。 因此,该方法理论具备参考和利用价值。     

基于遗传算法的永磁直驱风力发电的最大功率点跟踪

采用BUCK-BOOST变换器的拓扑结构,对占空比调制,实现最大功率点跟踪控制。当占空比变量△D≥0．03时,采用遗传算法计算,并使系统误差降低到1％以下;当占空比变量△D〈0．03时,采用爬山法计算。利用仿真和风机模型实验平台,对设计方案进行性能分析和结果验证。验证结果表明,该设计可以较好地提高功率跟踪的动态和稳态特性,更好实现更宽范围的最大功率点的跟踪。     

基于Cuk变换器的永磁直驱风电系统MPPT策略

针对永磁直驱风电系统,采用了一种基于Cuk变换器占空比控制的新型最大功率点跟踪(MPPT)策略,详细分析了风力机的输出功率和Cuk变换器占空比之间的关系,结合改进的最优梯度规则实现了最大功率跟踪,采用Matlab/Simulink建模仿真。结果表明MPPT策略能够使系统快速可靠地实现最大功率跟踪,提高了风能利用率,验证了其正确性和有效性。     

基于改进灰狼优化的开关磁阻风力发电最大功率点跟踪控制策略

以中小型开关磁阻风力发电机为研究对象,针对发电过程中,在不同风速条件下最大功率点跟踪控制快速性和准确性的需求,提出一种基于自适应加权灰狼优化PID算法的最大功率点跟踪控制策略。当外界风速发生变化时,根据实时风速计算出风力机最佳转速,其与实际转速的差值作为加权自适应灰狼优化PID控制算法的输入,作为转速闭环的PID控制参数,从而输出电压脉宽调制的最优占空比,实现变风速下的最大功率点跟踪控制。仿真结果表明,与传统PID控制相比,自适应加权灰狼优化PID算法能够在风速变化情况下,更加快速准确地实现最大功率点跟踪控制。     

静态并网型分布式发电模拟装置的研究与实现

实验室条件下的测试分析是研究光伏、风电等分布式发电并网运行规律的重要环节。研究并实现了基于全数字控制变流电路的分布式电源静态模拟装置。装置以有源DC/AC逆变器为核心,实现了其功率变换电路;可同时调节注入电网的有功功率和无功功率,以简化型特定消谐脉宽调制方法(simplified selective harmonic elimination PWM—SSHEPWM)和电流矢量跟踪控制为基础实现了完整的控制策略;可在较宽范围内快速准确地调节并网功率,并避免对电网的谐波污染。介绍了装置的系统结构与总体思路,分析了SSHEPWM原理,推导了系统动态模型,提供了电流矢量跟踪控制的实现流程。实验测试表明,该装置可灵活有效地模拟分布式电源的输出特性,能满足相关研究需要。     

风力发电系统最大功率点跟踪控制策略研究

为了最大限度地捕获到风能,变速风电系统一般采用最大功率点跟踪（MPPT）的控制策略.MPPT有三种控制方法：即最佳叶尖速比控制、功率信号回馈控制和爬山搜寻控制.前两种方法需要准确测量风速或需要事先测量风力机功率曲线,在实际执行中存在困难,爬山搜寻法与风轮的空气动力学特性没有关系,并且可以用软件来实现.着重研究了爬山搜索...     

户用小型风力发电系统的并网运行控制

为了克服独立运行的小型风力发电系统的缺点,节约电能,提出了一种与电网并联运行的户用小型风力发电系统的结构及其控制策略。该系统的并网部分由一个不控整流桥、Boost变换器和一个单相并网逆变器组成,采用"并网不上网"的运行方式。对Boost变换器进行控制,实现风力机的最大功率跟踪;并网逆变器采用以电流为内环、以电压为外环的双闭环控制方法,可与单相电网并联运行,但不对电网输出功率。通过不同风速、电网电压和负载下的系统仿真与单相逆变器并网实验,证明了系统控制策略的有效性。     

基于模糊滑模控制的风力发电系统最大风能追踪

针对永磁同步风力发电系统,从空气动力学的基础理论入手,分析了机组运行时的最大风能追踪原理.根据已知的风力机特性和滑模变结构系统理论,推导出在切换面上的等效控制和切换面上滑模运动的状态方程.为了削弱抖振,采用基于最大风能追踪控制的模糊滑模控制方法,根据系统状态在线调整切换控制增益系数.通过Lyapunov稳定性定理得到系统渐进稳定的充分条件.构建系统模型并进行仿真比较,仿真运行结果证实了该控制策略的正确性和有效性.     

Layered Multi-mode Optimal Control Strategy for Multi-MW Wind Turbine

The control strategy is one of the most important renewable technology, and an increasing number of multi- MW wind turbines are being developed with a variable speed-variable pitch （ VS-VP ） technology. The main objective of adopting a VS-VP technology is to improve the fast response speed and capture maximum energy. But the power generated by wind turbine changes rapidly because of the continuous fluctuation of wind speed and direction. At the same time, wind energy conversion systems are of high order, time delays and strong nonlinear characteristics because of many uncertain factors. Based on analyzing the all dynamic processes of wind turbine, a kind of layered multi-mode optimal control strategy is presented which is that three control strategies： bang-bang, fuzzy and adaptive proportional integral derivative （PID） are adopted according to different stages and expected performance of wind turbine to capture optimum wind power, compensate the nonlinearity and improve the wind turbine performance at low, rated and high wind speed.