变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID控制

针对变速风机非线性强、转动惯量大、转轴机械阻尼随转速变化的特点,提出了变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID(nonlinear-PID, NLPID)控制策略,仿真研究表明,非线性PID控制响应快,超调小,受系统参数变化的影响较小,控制精度高,具有一定的适应性和鲁棒性。此外,该文设计了基于模糊规则切换的模糊PID-PID双模变桨距控制器,在此基础上对变速恒频风力发电系统在全风速范围内的运行进行了数字仿真研究。在高于额定风速时,通过变桨距控制器调节桨距角,系统能较好地将功率限制在额定值附近;在低于额定风速时,通过模糊推理,系统能够在免测风速的情况下给出转速参考信号,实现最大风能捕获或恒转速运行。     

一种新型结构变速恒频风力发电机组系统及其控制策略

在变速恒频理论的基础上,将行星齿轮应用于风力发电系统中,提出一种双转子变速恒频风力发电(DRPMSG)系统。在变速条件下,通过机电耦合方式实现并网控制,额定风速下采用基于转速反馈最佳功率给定的最大风能跟踪控制,额定风速以上将转矩与变桨距操作结合实现恒功率控制,在Simulink下对两台同步电机组成的系统进行仿真研究并给出实验结论,验证额定风速下变速恒频控制以及并网控制策略的有效性,相比传统直驱PMSG方式,该系统在降低了电机与变流器容量的同时,也拓宽了调速范围。     

一种基于非线性扰动观测器的飞轮储能系统优化充电控制策略

飞轮储能系统的工作模式要求在最短的时间内对飞轮进行可靠地充电。该文在分析传统充电控制策略的基础上,结合飞轮储能系统的工作特性,提出了一种基于非线性扰动观测器的优化充电控制策略。外环采用转速控制和能量控制相结合的方式,转速环实现恒转矩控制,能量环实现恒功率控制;引入过渡控制环节实现恒转矩控制和恒功率控制的切换;利用非线性扰动观测器估计电机损耗功率和负载功率并进行前馈补偿;基于控制系统稳态、动态和抗扰动性能的要求,给出一种控制器参数设计方法。与传统控制策略相比,所提充电控制策略恒功率控制灵活,恒转矩控制至恒功率控制切换平滑,且有效抑制了电机损耗功率和负载功率的影响,满足了飞轮储能系统的工作特性要求。最后,仿真和实验结果验证了所提策略的可行性和实用性。     

基于双绕组永磁容错电机双余度控制系统研究

基于双绕组永磁容错电机,对双余度电机控制系统进行控制策略分析。建立了系统的MATLAB仿真模型,包括电机本体模型、SVPWM、三相全桥逆变器、转速PI控制器、电流PI控制器五部分。仿真表明,该双余度控制系统能够实现恒转速与恒转矩模态切换。实验表明,在恒转速模式下改变转矩转速不变,在恒转矩模态下改变转速转矩保持不变。仿真及实验结果表明当系统发生断路故障时进行余度切换控制,故障态的输出功率和转速不变,实现容错控制。     

无刷双馈风力发电机的控制策略与实现

为了探讨变速恒频(VSCF)控制的无刷双馈发电机(BDFM)风电系统的有效控制策略,在分析BDFM的结构特点和工作原理基础上,给出VSCF发电模式的控制方法,构建了转子转速约束下的电机d-q坐标系数学模型,推导出变速恒频运行模式的功率控制策略.根据BDFM的数学模型及功率控制策略,设计了电机侧与网侧均包含可双向变换的变频器主电路拓朴,实现了风力发电机的四象限平滑运行和VSCF的功率控制策略,并对BDFM发电系统的VSCF运行模式进行了仿真试验.仿真结果验证了本控制策略能够实现变速恒频发电,电机空载启动到1 050 r/min的响应时间为0.2 s,能对有功功率和无功功率解耦控制.     

最大风能转换模糊控制系统仿真研究

风力发电机组是复杂的多变量非线性系统,受外部干扰严重,具有强耦合与强时变性,为此,为了更加方便的进行控制,本文设计模糊控制器。首先建立风力发电系统仿真模型,使得在额定风速以下时,根据风速变化,控制电机转速获得最佳叶尖速比,实现跟踪最大功率的目标;在额定风速以上时,控制风轮的桨距角以调节风能利用系数,实现风力发电机组的恒功率输出。最后通过Matlab/simulink仿真,对所设计的模糊控制器进行仿真研究。     

中小型风力发电机组恒功率软失速控制策略

定桨距变速风力发电机组具有结构简单、成本低以及可靠性高等优点,在中小功率风力发电中具有较好的市场和应用前景。但是,系统的控制,尤其是额定风速以上的恒功率控制,实现却非常困难,目前还鲜有相关文献的报道。本文提出了一种适用于定桨距变速永磁同步风力发电机组额定风速以上的恒功率软失速控制策略,提出在额定风速以上时,通过控制发电机的输出电功率使风力机工作于失速区,实现了机组的恒功率运行。该控制策略不仅具有结构简单易实现、额定风速以上的恒功率运行功率脉动小,实现了软失速运行的优点,而且控制是基于直流侧的电压和电流信号的检测而避免了检测风速以及发电机的转速信号,降低了控制成本。为了验证文中提出控制策略的正确性,运用Matlab/Simulink搭建了仿真模型并在实验室建立了一台额定功率1.2kW的定桨距变速风力发电机组的实验平台。仿真和实验验证了文中所提出方法的正确性。     

基于Sepic变换器的变速风力机MPPT系统的研究

针对风力发电系统,提出了一个新的最大功率点跟踪策略.Sepic变换器用来实现永磁电机风力发电系统的最大功率跟踪.所提出的MPPT控制策略是以发电机的输出功率及转速的变化量来对永磁电机进行控制的,因此不需要最大功率曲线,不需要测量风速,就可以使风力机运行在最大功率点上.仿真结果证明了该MPPT控制策略的正确性.     

基于PSCAD的双馈风力发电机的控制模式仿真研究

兆瓦级变速恒频风力双馈发电机通过采用定子磁场定向的转子励磁矢量控制策略可以实现跟踪利用最大风能。在分析了风力机的输出功率和发电机转速的关系特性之后,推导了随机风速下实现最大风能跟踪的目标参考值算法,由此得到三种控制模式:转速控制模式、转矩控制模式、功率控制模式,根据三种控制模式的控制性能的分析比较提出了功率控制模式是最优的控制策略。最后利用PSCAD软件建立了双馈风力发电系统的仿真模型,通过在阶跃风速下的仿真比较,结果验证了结论的正确性。     

永磁同步风电机组功率平滑控制策略研究

大型风电机组普遍采用转矩-转速控制实现最大风能跟踪,传统控制策略下风机输出功率随着风速的变化而剧烈波动,影响了电网的稳定运行。在分析永磁同步风电机组运行特性的基础上,提出全风速范围内基于变桨的风电机组功率平滑控制策略,结合变桨和转矩控制实现风机跟踪给定功率,同时控制发电机低转速运行,抑制阵风时风电机组超速。基于MATLAB/Simulink,对一台2.5 MW高速永磁同步风力发电机进行仿真研究。结果表明,提出的控制策略能够有效抑制功率波动。     

风电机组变增益组合控制技术研究

以捕获最大风力发电机组功率为目的,提出了变增益分段组合控制策略。该控制策略通过分析变速恒频风电机组主要采用的两种变速变距控制方法,根据功率-转速曲线,提出了变增益式分段组合控制策略,将变速恒频风电机组发电运行分成3个区域:低于切入风速,高于切入风速低于额定风速和高于额定风速,针对每个区域分别采用不同的变增益组合控制方法和实现方式;并通过Bladed软件仿真验证了组合控制策略的可行性,在不同运行区域控制结果能够满足控制策略的要求。     

无刷双馈风力发电系统变阻尼无源性控制

在风速随机、间歇且不确定的风电场中,为实现风力发电机组最大输出功率的跟踪控制,使风力发电系统根据变化风速调节风机转子转速以达到跟踪控制目标。基于无刷双馈风力发电机abc三相静止坐标数学模型推导出电机三套绕组在α-β两相静止坐标系下的电压方程,并构建电机的欧拉-拉格朗日模型。从能量角度分析了无刷双馈风力发电系统中电气子系统与机械子系统的无源性,并设计无源性转速调节控制器。为降低电机变化参数对控制系统的干扰,在无源性控制器中注入变阻尼项以改善系统动态响应。为了验证该控制策略的有效性,结合矢量控制和恒阻尼注入在Matlab/Simulink平台上进行建模仿真对比,仿真结果表明该控制策略可快速跟踪转速期望值,具有更好的鲁棒性和动态响应。     

最大风能捕获风力发电系统及其仿真

介绍了变速恒频交流励磁双馈电机的风力发电系统。在检测不同风速下,给出最佳电机转速,再根据定子磁链定向方法对电机的有功功率和无功功率的解耦控制,实现最大风能捕获。给出了系统仿真模型和仿真结果,验证了系统控制策略的可行性和正确性。     

风力发电机的恒功率控制

针对大型风力发电机组因反馈信号滞后引起的输出功率波动进行研究。在研究了传统转速反馈PI控制和基于测量风速前馈控制的基础上,提出了基于有效风速估计的前馈与功率反馈PI结合的变桨控制策略,通过牛顿-拉夫逊算法进行有效风速估计,根据有效风速估计值给出合适的前馈桨距角,实现动态前馈补偿。基于Fast软件平台开发的外部控制器,对恒功率控制提出的控制策略与传统的控制策略进行仿真比较。仿真结果表明：相对传统的控制策略,提出的前馈控制使风力发电机组能够保持稳定的电功率输出。     

最大风能捕获风力发电系统及其仿真

介绍了变速恒频交流励磁双馈电机的风力发电系统。在检测不同风速下，给出最佳电机转速，再根据定子磁链定向方法对电机的有功功率和无功功率的解耦控制，实现最大风能捕获。给出了系统仿真模型和仿真结果，验证了系统控制策略的可行性和正确性。     

鼠笼式感应电机风力发电系统新型控制策略

提出了变速恒频风力发电系统一种新的控制方案,用鼠笼式感应电机作发电机,采用双PWM变流器将发电机和电网连接起来。鼠笼式感应电机侧变流器采用直接转矩控制来调节电机转速以满足风力机最大功率点跟踪时的转速响应,并把吸收的能量向电网侧传递;其网侧变换器采用电压电流双闭环控制,吸收电机侧传递过来的能量并传递到电网。仿真结果表明该控制策略能实现对鼠笼式感应电机风力发电系统电机转速、有功功率和无功功率的控制,说明了所提方案的可行性。     

变速定桨风力发电机组的全风速功率控制

针对变速定桨风力发电机组(wind energy conversionsystem,WECS),提出一种简单有效的全风速功率控制策略,不仅可实现机组在全风速范围内的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)、恒转速以及恒功率控制,还可实现3种工况之间的自然过渡。首先对其工作原理进行详细地分析,并建立一套实验平台,展开实验研究,验证该方法的可行性及存在的问题;随后,进一步提出一种软失速控制策略,对其工作原理和年发电量的损失情况进行详细分析,论证该方法的可行性和优越性,并展开实验研究。通过与全风速控制策略的对比分析发现,软失速控制策略能显著地降低机组在高风速区的瞬态载荷,延长其使用寿命,并能大幅地降低后级变换器和发电机的额定容量,控制成本。     

离网风力发电系统功率控制与能量管理策略

离网型风力发电系统通常采用定桨距永磁直驱结构以提高发电效率及减小机组成本.该文首先针对定桨距风力发电系统全风速范围内的功率控制,尤其是高风速区的恒功率控制困难的问题提出一种新型的全风速控制策略,实现了机组在全风速范围内的功率优化控制.之后,为了实现在对用户用电负载进行不间断供电的同时优化蓄电池的充放电周期以提高其使用寿命,提出一种简单的适用于离网型风力发电系统的能量管理策略.通过设置不同的直流母线电压值,实现了对机组输出功率的优化分配.为了验证文中提出功率控制和能量管理策略的有效性,搭建了一台1.2 kW的离网风力发电实验系统,实验结果验证了理论分析的正确性.     

SRG风力发电系统最大功率跟踪控制研究

以8/6极开关磁阻发电机(SRG)为例,基于电机的非线性特性提出一种基于模糊PI控制器的改进型转速反馈最大功率跟踪策略:通过SRG转速及其变化率,确定模糊规则自行整定PI参数,调节励磁电流,控制电机输出功率,使系统运行于最佳工作点。在Matlab平台上搭建基于最大功率跟踪策略的SRG系统仿真模型,仿真结果表明:外界风速稳定时,SRG转速和输出功率均可平稳保持在理论最佳值;风速变化时,SRG系统可快速实现自寻优,具备良好的动静态性能,验证了SRG仿真模型的正确性和控制策略的可靠性。     

变速风力发电系统统一功率控制策略研究

针对变速定桨风力发电机组,提出一种统一的全风速范围功率控制策略。该控制策略首先通过扰动观察最大功率跟踪控制方法找出机组的最佳功率运行关系,然后根据得出的最佳功率关系对机组实施功率反馈最大功率跟踪控制以提高跟踪速度。该方法不需要预知风轮的气动特性曲线,具有统一的最大功率控制性能。此外,针对高风速区限转速和限功率控制难的问题,该控制方法通过在高风速区降低机组的运行转速,迫使机组进入失速区运行,实现了机组恒功率软失速运行。在对所提出控制策略的工作原理进行详细分析后,通过实验室建立的风力机模拟系统,对采用不同参数的风轮构成的风力发电系统进行了实验研究,实验结果验证了本文提出方法的正确性和可行性。