大型风电机组模型预测独立变桨控制器设计

针对恒转速运行时,大型风电机组承受的不平衡载荷问题,提出一种多输入多输出的风电机组模型预测(MPC)独立变桨控制策略.首先,建立风电机组旋转坐标系下的状态空间模型,经过坐标变换得到固定坐标系下的平均周期模型,分析表明模型在非对角存在无法忽视的耦合;然后,计算所需观测器和控制器的参数,进一步设计基于Kalman状态观测器...     

直驱式波浪发电系统无源-滑模控制策略

针对不规则波输入激励工况下的直驱式波浪发电系统,提出一类无源-滑模控制策略。利用双线性幅度法计算不规则波浪主频,结合波能捕获策略得到期望跟踪曲线,设计无源控制器实时跟踪期望曲线;为削减外部扰动影响并提高系统稳定性,在保证系统无源下引入滑模控制策略。采用扩张状态观测器代替速度传感器,辨识动子速度。仿真结果表明：双线性幅度法能预估不规则波浪主频,扩张状态观测器观测到的速度误差小,所提控制方案能快速响应期望电流变化,准确跟踪期望曲线,鲁棒性强。     

故障情况下海上风电机群领导者-跟随者分布式控制策略研究

针对风电机组单机故障和风电场网络通讯故障,以分布式控制取代集中控制,设计2种故障情况下的领导者-跟随者分布式控制策略,减小故障对系统的不利影响。首先,基于Hamilton能量理论,将单机系统模型扩展为风电机群系统模型;然后针对机组故障情况,提出领导者-跟随者分布式控制策略,使得风电机群在领导者或跟随者单机故障下能够保持稳定运行;继而考虑通信故障情况,设计弱连通拓扑下的领导者-跟随者控制策略,以使系统稳定且有功功率输出稳定。最后,通过仿真验证,在机组故障停机和网络通信故障下,领导者-跟随者控制策略能够增强系统的稳定性与可靠性。     

基于线性扩张状态观测器的无刷双馈电机控制

无刷双馈电机内部存在复杂的非线性耦合关系,针对这些内部耦合项和外部扰动在实际中难于测得的特点,提出一种基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的控制方法。首先建立无刷双馈电机在同步坐标系下的复变量模型,在此基础上分别对磁链和转速设计扩张状态观测器来估计系统的内部耦合和外部扰动并对它们做出补偿,进而实现系统的解耦控制,该控制策略不依赖系统的模型和参数。仿真对比结果表明,扩张状态观测器能够快速精确估计总扰动并做出补偿,具有很强的抗扰能力并可实现系统解耦。该控制器比传统控制器明显改进了系统的调节特性和鲁棒性。     

新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统的动力响应研究

从浮式海上风电机组的全寿命设计角度出发,以此类风电机组便于安装、替换、维修和拆除为目标,提出了一种新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统。基于BEM方法研究了采用该结构系统的海上风电机组的叶片的气动性能,并综合考虑了风电机组浮体模块和张力腿平台模块的多体机械耦合和水动力耦合效应。选取海上风电机组4种典型工作海况,将新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统与常规张力腿平台单体浮式海上风电机组结构系统的主要动力响应特征进行了对比分析,揭示了该新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统可以有效降低浮式海上风电机组平台的纵荡位移响应,对改善浮式海上风电机组的运行性能具有积极意义。此外,还对该双模块结构系统拆除风电机组的可行性进行了初步验证。     

海上风电机组荷载分析及控制研究

分析了海上风电机组的荷载来源,为某漂浮式风电机组设计了控制策略,并重点仿真验证了驱动链加阻、塔筒加阻和独自变桨控制算法在海上风电机组的控制效果,最后提出了漂浮式风电机组的动态停泊模式。     

桁架式支撑结构海上风电机组研究

本文基于国际能源署(IEA)课题30"海上风电机组动态学仿真软件和模型的比较"项目第一阶段桁架式支撑结构的海上风电机组仿真结果,针对海上风电模型复杂的特点,给出桁架式支撑结构细节,研究用BladedV3.80建立桁架式支撑结构的海上风电机组模型。与其他软件建立的模型比较质量和模态,验证海上风电机组的模型。     

双馈风电机组低电压穿越仿真模型可信度评估

依照实际风场系统,基于Matlab/Simulink搭建了等值局部电网模型、低穿设备模型、箱变模型和风电机组模型。结合矢量控制原理,搭建了基于电网电压定向控制策略的网侧变流器模型和定子磁链定向控制策略的机侧变流器模型,同时研究了电网电压跌落期间Crowbar保护的控制策略。通过对比分析低电压穿越仿真和德国劳氏船级社(GL)风电现场实测结果,对仿真模型可信度进行评估。基于《风电机组电压穿越建模及验证方法》的评估结果验证了搭建的仿真模型可信度满足系统要求,可评估风电机组低电压穿越一致性。     

载荷优化的海上漂浮式风电机组二阶滑模变桨控制

针对强非线性、强耦合的海上漂浮式风电机组动力学系统,提出一种基于二阶滑模的统一变桨控制策略,解决受海浪风速等随机干扰引起浮式支撑平台运动而产生的疲劳结构载荷及功率波动问题。构建漂浮式风电机组的不确定仿射非线性模型,基于风电机组“额定转速”设计积分滑模面,此“额定转速”不再是恒定值,而是取决于平台纵摇速度的变量,基于超螺旋算法实现二阶滑模变桨控制律。采用FAST和Matlab/Simulink联合仿真,所提出的方案与传统PI控制相比,对稳定高风速时风力发电机功率,抑制浮式支撑平台运动及减少叶根载荷具有更好的控制作用,对塔基也有较好的减载作用。     

基于扰动观测器的分数阶终端滑模电液变桨控制方法

为改善风电机组电液变桨系统的控制性能,文章提出了基于扰动观测器的分数阶终端滑模控制方法。建立风电机组电液变桨系统数学模型,利用滑模状态扰动观测器（SMSPO）对变桨系统参数的不确定性和未知扰动进行实时补偿。采用分数阶微积分理论设计终端滑模控制器的滑模面,在保证有限时间收敛的同时,改善了滑模控制自身抖动。利用Simulink进行试验验证,结果表明,该方法增强了变桨系统的抗干扰能力,削弱了系统的抖动,提高了桨距角的跟踪精度和变桨系统的稳定性。     

海上风场与海岛微网交互调频机制及控制策略研究北大核心CSCD

为缓解大规模海上风电接入末端薄弱电网对系统频率造成的冲击,文章提出了海上风场与海岛微网交互调频机制及控制策略。首先,构建海上风场与海岛微网互联下的电力系统负荷频率控制模型,基于虚拟惯量控制方法,利用海岛微网可调分布式电源支撑海上风场参与调频;其次,为避免风机在提供虚拟惯量过程中发生转速恢复状态跳变,造成系统频率二次扰动,进一步设计了自适应动态量化因子,根据风机不同运行工况实时调控海岛微网支撑能力;最后,基于仿真模型验证了该交互机制及控制策略的有效性。     

考虑混搭风电机组的海上风电场集电线路拓扑动态优化方法

随着海上风电朝着深远海、大型化的方向发展,市场上风电机组的迭代速度加快,而海上风电场整体开发周期长,与风电机组的机型研发速度不相匹配,故在海上风电场的开发过程中可能会将不同型号的风电机组进行组合布机;但要如何在不同机型的搭配方式中,从经济性与可靠性的角度选择出最佳的拓扑结构进行连接,是混搭风电机组拓扑结构优化的主要难点之一。因此,构建考虑混搭风电机组的海上风电场集电线路拓扑结构动态优化方法,以改进K-means算法和改进Prim算法完成海上风电场的回路划分、路径设计;采用动态交叉优化策略完成拓扑中海缆交叉的处理,权衡每个拓扑方案的经济性与可靠性成本,进行最佳拓扑结构输出;最后通过不同混搭风电机组场景下的拓扑优化结果,验证该方法的有效性。     

海上风电MMC-HVDC联网系统控制策略

该文提出提升海上风电场联网运行性能的高压柔性直流输电系统功率控制策略。采用附加频率控制保持风电机组机械功率和电磁功率的平衡,定交流电压控制维持风电场交流侧电压幅值和相位恒定;提出注入三次谐波调制信号的换流站功率运行区间优化方法,有效防止风速突变引起风电机组输出功率超过额定值而导致的换流站闭锁事件,并采用PR控制器对三次谐波调制信号所引起的高次谐波进行抑制。通过数字物理混合仿真系统,构建8台双馈风电机组的风电场通过柔直联网的系统模型,仿真结果表明设计的控制方法具有良好的动态、稳态特性。     

海上风电机组电气火灾风险分析及其防护

为寻找有效控制海上风电机组火灾风险的技术方案,分析了海上风电机组火灾风险的特点和类型,指出了海上风电机组电气火灾防护的必要性。根据相关规范的要求和应用特点,进行了海上风电机组电气火灾防护系统的选型和设计,采用高压二氧化碳自动灭火系统,并开展了基于PLC的火灾防护控制器的开发。所开发的海上风电机组电气火灾防护系统针对重点火灾风险区域进行防护,可有效避免海上风电机组电气火灾事故造成的巨大经济损失,以较低的成本取得了较高的安全收益,具有较好的经济性和可行性。     

基于自适应非奇异智能终端滑模观测器的风力机载荷增广预测控制

为有效降低风力机在高风速运行时的不平衡载荷,提出一种基于自适应非奇异智能终端滑模观测器的载荷增广预测控制策略。首先,针对模型不匹配导致的模型预测控制性能下降的问题,将指令跟踪误差与系统状态的变化量增广为状态向量,设计增广预测模型以消除稳态跟踪误差;其次,设计自适应非奇异终端滑模观测器对系统状态进行估计,以提高控制系统的可靠性;然后,设计多目标变速灰狼优化算法同时对控制器和观测器参数寻优;最后,基于Simulink仿真平台验证了所提控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略可有效消除稳态误差,缩短调节时间并提高控制性能。     

双馈风力发电机的频率控制策略研究

提出了双馈风电机组参加频率控制的2种控制策略,惯性控制策略和下降速率控制策略,建立了2种控制策略下的双馈机组的控制器模型.为充分发挥双馈发电机和常规发电机的快速功率调节能力,下降速率控制策略采用冲失滤波器提取频率变化的高频信号做为双馈发电机的频率输入信号,并对双馈机组的控制参数提出了基于ISE优化设计方法.建立了含风电机组的两区域AGC控制系统模式,进行了负荷扰动仿真,对2种控制策略下的系统动态性能进行了比较.仿真结果表明,基于下降速率的控制策略可以使双馈风电机组在频率调节中充分发挥有功调节作用.     

风浪耦合作用下海上风电机组载荷特性研究

与陆上风电机组不同,海上风电机组承受风载荷以及波浪引起的水动力载荷共同作用。在风浪耦合作用下,海上风电机组基础结构以及各主要结构部件载荷特性更为复杂。为保障海上风电机组的运行结构安全,波浪特性对海上风电机组各主要承载部件载荷的影响应引起重视。该文基于改进的JONSWAP型谱,建立波浪动力学模型,以叶片根部挥舞方向弯矩以及塔筒底部俯仰方向弯矩为例,仿真研究波浪对于风电机组极限与疲劳载荷特性的影响。最后,基于海上风电机组载荷实测与仿真数据,对波浪动力学模型进行验证。     

基于无模型控制的风电机组独立变桨距控制

针对大型风电机组强外部扰动和无法准确建模等问题,提出无模型自适应(MFA)独立变桨距控制技术,控制器设计充分考虑机组模型的非线性问题,通过优化内部参数使系统克服时变及非线性,满足系统动态和稳态要求。在额定风速以上时,通过调节发电机转矩维持额定功率输出稳定,通过调节桨距角实现减载,以3 MW风电机组为实验对象,基于Blade软件对该控制策略和传统PID控制策略进行仿真比较。结果表明,这种新控制策略可有效稳定风电机组输出功率和降低机组载荷。     

海上风电场MMC-MTDC下垂控制特性的模型预测控制技术

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的多端直流输电(Multi-Terminal HVDC,MTDC)系统被应用于海上风电场并网,其控制策略对于电力系统的稳定性有着重大的影响。文章分析了MMC典型控制系统,结合海上风电场MMC-MTDC并网系统的下垂控制策略,建立MMC及其控制系统的简化状态空间方程;提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的MMC控制方案,对d轴分量的有功功率和直流电压采用模型预测控制。通过PSCAD中基于4端MMC-MTDC的海上风电并网系统的仿真测试,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于混杂自动机的大型风力发电机组全程控制

风力发电系统是具有不确定性的复杂非线性系统,机组运行工况变化十分频繁。通过对风力发电机组的系统特性分析,发现风力发电系统呈现出混杂系统的典型特征。因此,基于混杂自动机理论建立了1.5 MW双馈型风电机组的混杂动态模型,并根据风力发电机组控制策略设计了能够在机组运行中实现全程自动化的混杂控制系统。仿真结果表明,基于混杂自动机的动态模型可以实现风电机组的全程模拟,所设计的混杂控制系统能够满足风电机组全程控制要求,证明了混杂系统理论应用于风力发电研究领域的有效性。