基于变桨距和转矩动态控制的 直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制

风能的不确定性以及风轮机自身特性使风力发电机输出有功功率随风速变化而波动,影响风电机组输出电能质量,严重时还会影响电网运行稳定性。在分析变桨变速直驱永磁同步风力发电机运行特性的基础上,提出了在全风速范围内结合风力机变桨控制和发电机变速控制的发电机有功功率平滑控制策略。考虑到风能的随机性及直驱风能发电系统很强的非线性,设计了基于模糊理论的变桨距控制器和发电机转矩动态滑模控制器。对一台采用该控制策略的直驱永磁同步风力发电机的运行行为进行仿真研究。结果表明,提出的模糊变桨距控制能有效控制发电机转速运行范围,动态滑模控制能使发电机输出平滑的有功功率。与传统最大风能跟踪控制策略相比,所提出的控制方案能有效降低直驱永磁同步风力发电机输出有功功率的波动,控制发电机转速运行范围。     

基于改进扰动观察法的直驱波浪发电最大功率跟踪控制

为改善直驱型波浪发电系统在波浪突变情况下的功率捕获效果,分析系统运动频域模型,导出系统输出有功功率与永磁直线发电机等效阻抗的频域空间关系曲线。针对该曲线在三维空间变化特点,提出交替施加变步长扰动的扰动观察法。变步长扰动,易在最大功率点较大范围内陷入局部最优,为此提出依据区域斜率变化,改变扰动步长的控制策略。基于MATLAB/Simulink环境,搭建系统仿真模型,仿真结果表明,在波浪突变情况下,改进控制策略能有效提高系统最大功率跟踪的抗干扰能力,系统能较快地重新追踪到最大功率点附近。     

考虑风机动态的最大风能捕获策略

为进一步提高风电系统效率.提出了一种考虑风机动态的最大风能捕获非线性控制策略.该策略根据风机机械转矩的变化,动态补偿风力发电机的输出功率,提高系统的动态风能捕获量;同时,通过反馈线性化方法,实现风电系统输出的有功和无功功率的解耦控制,简化其工程实现难度.理论分析和仿真结果表明,与传统策略相比,该策略可以实现动态过程中风电系统的最大风能捕获,提高系统的运行效率和动态响应速度.     

离网型双馈异步风力发电机组最大风能捕获控制研究

针对离网型双馈异步风力发电机组(DFIG)不能实现最大风能跟踪问题,提出一种基于可变负载的最大风能捕获控制方案。基于风机最优功率曲线,检测转子转速计算转矩参考值与发电机电磁转矩反馈值比较,所获误差信号用于控制可变负载,实现最佳功率捕获。同时,针对定子电压易受负载投切的影响,采用定子磁链强迫定向方法,考虑励磁电流暂态过程的影响,结合前馈补偿设计双电流闭环控制器,抑制定子电压扰动。为验证控制策略有效性,在MATLAB/Simulink环境下建立兆瓦级仿真模型,结果表明可变负载可有效实现最大风能捕获,定子输出电压幅值及频率稳定。     

基于最佳功率给定的最大风能追踪控制策略

采用双馈异步发电机(DFIG)的交流励磁发电技术不但能在变速情况下实现恒频发电,更能通过对DFIG输出有功、无功功率的解耦控制,实现最大风能的追踪.为能在不检测风速的条件下实现最大风能的捕获,提出了基于参考功率优化计算模型的最大风能追踪控制策略,其本质是通过控制DFIG的输出有功功率来间接控制风电机组转速以追踪风力机最佳功率曲线.在此基础上,建立了基于矢量变换控制技术的完整的变速恒频(VSCF)风力发电控制系统.仿真和实验结果验证了该最大风能追踪控制策略的可行性、有功与无功解耦控制的有效性及工程应用的现实性.     

基于最佳功率给定的最大风能追踪控制策略

采用双馈异步发电机（DFIG）的交流励磁发电技术不但能在变速情况下实现恒频发电,更能通过对DFIG输出有功、无功功率的解耦控制,实现最大风能的追踪。为能在不检测风速的条件下实现最大风能的捕获,提出了基于参考功率优化计算模型的最大风能追踪控制策略,其本质是通过控制DFIG的输出有功功率来间接控制风电机组转速以追踪风力机最佳功率曲线。在此基础上,建立了基于矢量变换控制技术的完整的变速恒频（VSCF）风力发电控制系统。仿真和实验结果验证了该最大风能追踪控制策略的可行性、有功与无功解耦控制的有效性及工程应用的现实性。     

变速变桨距风电系统的功率水平控制

为实现风电系统的功率水平控制,该文基于奇异摄动理论和逆系统方法设计了一种非线性桨距角鲁棒控制器。该控制器由逆系统标称部分和鲁棒补偿部分组成,逆系统标称控制器可以使非仿射型非线性标称风机模型的输入-输出动态跟踪其参考模型动态;鲁棒补偿输入可以消除参数不确定性、风速检测误差和发电机转矩扰动对系统输出功率的影响。理论分析和仿真实验证明了该控制器的稳定性,结果表明,该控制器可以在风速波动时有效控制风电系统的输出功率水平,并且对参数化和非参数化扰动具有较强的鲁棒性。     

大型风电机组自抗扰转速控制

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,因此在风速变化时机组转速不能快速地跟踪最大功率点。为了提高风电机组在低风速下对风能的利用率,提出自抗扰转速控制策略。利用基于转速反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并采用扰动补偿的方法,将风电机组等效为一阶线性系统。基于自抗扰控制原理设计了系统的转速控制器。实时估计出机组捕获的机械功率并计算出转速给定值,采用转速控制器直接对转速进行控制。仿真结果表明,与采用传统的功率控制策略的机组相比,自抗扰转速控制策略在风速变化时对最大功率点的跟踪速度要快,机组对风能的捕获效率得到了提高,同时对风力机的参数依赖性小。     

模块化多电平储能单元改善并网风电场稳定性研究

由于风能的随机性,风电场存在输出功率和连接点电压波动的问题,为提高风电并网稳定性,提出一种基于模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑和超级电容结合的储能单元结构。利用拟合函数建立风机数学模型,分析了基于异步发电机风电系统的运行特性;利用逆系统方法将MMC变流器等效电路模型进行线性解耦,对于解耦后子系统设计了以平滑有功功率和稳定接入点电压为目标的控制器。在Matlab/Simulink中搭建了在随机风波动时的仿真模型。仿真结果表明,基于MMC和超级电容的储能单元具有快速的有功和无功补偿能力,电网吸收的有功功率维持恒定,接入点电压稳定在额定值,从而降低了风速变化对电网的冲击,提高了风电并网的稳定性。     

变步长爬山法在双馈风力发电系统最大风能跟踪控制中的应用

变步长爬山法能不依赖风速检测或风机功率—转速特性曲线而实现风力发电系统的最大风能跟踪,具有良好的应用前景。首先根据风机运行特性给出了直流机模拟风机方案,详细论述了变步长爬山法的原理及在双馈风力发电系统中的实现方法。然后将该方法应用于基于定子电压定向的双馈发电机矢量控制策略中,搭建了带直流机模拟风机的双馈风力发电系统实验平台。实验结果验证了在风速变化的情况下系统能自动搜索达到对应风速的最佳转速,实现风机最大风能捕获,并具有对快变风速的响应能力,验证了控制方案的正确性和可行性。     

双馈异步风电机组模拟惯量响应控制技术综述

通过模拟惯量控制策略,双馈异步风电机组（DFIG-WTG）可以实现惯量响应,提高电力系统的频率稳定性。综述了3类双馈异步风电机组的模拟惯量响应控制策略：一是在MPPT控制策略中引入频率偏差或其导数,通过增益、比例积分（PI）控制器等控制环节后,得到双馈风电机组转矩或有功功率的补充控制参考值;二是当发生频率扰动时,屏蔽MPPT控制策略,采用瞬时有功功率超发实现模拟惯量;三是采用磁链幅值相角控制（FMAC）策略实现模拟同步发电机控制。通过合理的参数设定,理论上3种控制策略均可以最大化利用风电机组的转子动能。     

直驱风力发电系统设计与仿真

对直驱风力发电系统的风力发电机和网侧变换器的数学模型进行了分析,并在此基础上设计了机侧和网侧控制器。根据风力机功率与风力机转速和转矩的关系,设计了基于最优转矩控制的最大功率点跟踪控制算法。设计了基于Crowbar的低电压穿越方案,采用Buck电路连接,减小了电流冲击。运用Matlab/Simulink软件,搭建了直驱风力发电系统模型,对并网过程,机侧变换器和网侧变换器的控制性能,以及MPPT和LVRT方案进行了验证。     

双馈风力发电系统最大功率点跟踪控制策略

双馈风力发电系统最大功率点跟踪通常基于实验测定的最佳风速.功率-转速曲线,但在长期运行中系统参数的变化会使实际最大功率点偏离原曲线,影响最大功率跟踪效果.在分析风力机特性、双馈风力发电机数学模型及功率关系的基础上,提出了一种以向电网输出电能最大为目标、不依赖最佳风速-功率-转速曲线的最大功率点跟踪策略,实现了定子输出有功,无功解耦控制.仿真和实验证明,基于该方法,双馈风力发电系统在风速变化过程中能自动寻找并跟随最大功率点,且控制相对简单,运行可靠,有较高的实用价值.     

风电机组MPPT动态功率曲线控制策略的研究

针对目前变速风力发电机组最大功率点跟踪算法对机组参数依赖性较大的问题,提出了一种用于最大功率点跟踪的动态功率曲线控制策略.根据机组当前的运行特性来调节功率曲线的比例系数,实现对最大功率点的跟踪控制.该算法的优点是对机组的参数依赖性较小,即使在转速测量有误差的情况下也可以实现机组对最大功率点的跟踪控制.在Matlab/S...     

基于Z源逆变器的PMSG风电系统控制策略研究

提出一种基于Z源逆变器的新型永磁同步机风力发电系统结构。对Z源逆变器的基本工作原理作了理论分析,结合传统电压型整流器方程推导出其数学模型,并根据其模型设计了控制系统。结合风力机特性、整流器特性及Z源逆变器的工作特性给出了一种最大功率点跟踪方法。最后给出的实验结果证明了该系统的可行性及有效性。     

双馈风电机组MPPT动态功率特性分析

为研究双馈风电机组DFIG最大功率跟踪MPPT动态特性,在Matlab/Simulink仿真平台上建立了功率信号反馈算法的风机MPPT控制模型。以矩形风速为例,理论推导了MPPT静态工作点的过度时间和风机输出能量的计算公式,通过仿真和理论分析了不同转子惯性对风电机组动态功率、转速、叶尖速比、风能利用效率的影响,结合转子动能阐述了双馈风电机组MPPT动态功率特性,指出风机惯性时间常数越大风能利用系数越低。最后比较了几种不同风速下的风机MPPT动态特性,结果表明,随机风的风机转速跟踪能力最差,阵风和渐进风的风机转速跟踪效果较好。     

并网风电场改善系统阻尼的仿真

提出一种基于双馈变速风电机组的系统稳定控制技术,将双馈电机转差信号引入转子侧变频器控制模型。在系统发生功率振荡时,通过改变转子励磁电压的相角调节双馈变速风电机组输出与振荡相关的阻尼功率,达到使风电场能够改善系统阻尼的目的。在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立风电场和实际电力系统等效模型,对双馈变速风电机组采用电力系统稳定器(PSS)前后的系统进行特征值分析和系统故障时域仿真。2种分析结果表明,引入PSS控制环节的基于双馈变速风电机组的并网风电场能够改善系统阻尼,对系统功率振荡具有很好的阻尼和抑制作用,加强了系统动态稳定性。     

现代水平轴三叶片风力发电机转速控制的优化

提供一种选择适合项目风况下的风力机,并找到风力机运行在最佳性能的方法,通过此方法提高风能的利用效率,实现风电厂投资收益最大化。通过研究风力机发电机转速、风速、最佳叶尖速比和发电机功率之间的关系,使用实际运行数据推算在运风机最佳叶尖速比,找到使风力机运行在该最佳叶尖速比的发电机转速-功率控制曲线。使用该曲线对风力机的发电机转速控制器进行优化,从而使风力机在更宽的发电机转速范围内,运行在最佳叶尖速比下,获取最大风能。使用该方法,结合真实风力发电厂案例,通过对在运机组的运行数据的分析,优化其发电机转速控制策略,最终达到了提升风力机发电量的目的,验证了该方法的可行性。该方法也可作为对风力机选型评估的参考。