基于前馈的风力发电机组变桨距控制

针对变速变桨(Variable Speed Variable Pitch,VSVP)风力发电机组如何抑制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PID反馈控制和基于测量风速前馈控制的基础上,提出了有效风速估计的前馈与传统PID反馈结合的变桨距控制策略,通过卡尔曼滤波与牛顿-拉夫逊算法进行有效风速估计,根据估计的有效风速给出合适的前馈桨距角,实现动态前馈补偿。以2 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对前馈控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。结果表明：相对传统的变桨距控制,提出的变桨距控制使风力发电机组能够在额定转速下保持稳定的电功率输出。     

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。     

基于三维超声波阵列的风电场风力瞬变特性测量研究

风能资源评估和风电功率预测等除需要平均风速数据外,还需要对风力的瞬变特性进行准确的测量和分析。分析了风力瞬变特性对风电场的影响,为能够准确测量垂直切变、湍流等风力的瞬变特性,提出利用三对超声波换能器构成三维阵列的风力瞬变特性测量方法。采用时差法,通过设计超声波换能器阵型排布及各部分电路,建立风力参数计算模型;在准确测量传统的风速和风向参数基础上,进一步实现了实时的风力瞬变参数特性测量。采用该方法进行了三个测风塔的长期连续风力特性数据采集,据此研究了风切变和湍流对风电场的影响,进而为风电机组选型和风电场选址提供依据。     

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。     

基于最小二乘支持向量机的风力发电机组风速软测量

风力发电机组的有效风速无法直接测得.依据辅助变量与主导变量之间的数学关系,建立风力机有效风速最小二乘支持向量机软测量模型:通过对辅助变量的测量和计算,可得到风力机有效风速的估计值.实现风力发电机组的有效风速软测量.计算机仿真结果表明.最小二乘支持向量机软测量模型具有泛化能力强和计算效率高的优点:能够满足风速的大范围变化和风力发电机组控制实时性的要求.     

基于神经网络的风力发电系统风速软测量

对风力发电并网系统的有效风速测量问题进行研究。鉴于神经网络可应用于非线性系统的模型与辨识,不受非线性模型类的限制,且可给出工程上易于实现的学习算法,提出基于神经网络的有效风速软测量。对实时采集的风力发电机组的风速样本参数集进行分析、训练及拟合,获得相应的有效风速计算网络。仿真结果表明,有效风速软测量可代替风速仪的作用,是一种非常有效的风速估计方法。     

基于实测数据的风电功率曲线建模及不确定估计

比较了最大值法、最大概率法和比恩法这3种风电功率曲线建模方法,指出利用比恩法绘制的基于实测现场数据的风电功率曲线,与风力发电机组的实际运行更吻合。对风电功率曲线的不确定因素进行分析,由于全局风功率分布并不满足某一特定分布,通过分区拟合对风速进行分级;再采用一种非参数区间估计方法,建立各风速等级的功率概率密度函数;在点估计的基础上求取风电功率曲线的不确定估计区间,使风电功率曲线具有较高的可靠性。算例验证了所提出方法的有效性及实用性。     

双馈异步风力发电机的模糊控制

控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键。为了取得风力发电机组在额定风速以下运行时的最大功率,提出采用三个模糊控制器来实现双馈异步风力发电机组的变速恒频控制:模糊控制器A用于跟踪不同风速下发电机的最佳转速;模糊控制器B在低负载时调节发电机转子气隙磁通;模糊控制器C抵抗干扰,保证控制系统的鲁棒性。仿真和模拟试验结果表明了该方法的有效性。     

基于等效风轮风速的风电机组功率曲线测试分析

风速测量是风力发电机组功率曲线测试的关键因素之一。随着风力发电机组的大型化,单一高度的测量风速无法准确地表示通过风轮扫掠区域内风能流量的风速。采用激光雷达测风仪,对大型风力发电机组风轮扫掠区域内多个高度段的风速进行测量,通过等效风轮风速公式计算得出等效风轮风速,得出更加客观真实的功率曲线测试,为风机设计、优化提供一定参考。     

变速变桨距风力发电机的模糊滑模变结构控制

针对现代风力发电机组的主力机型变速风力发电机组,建立了机理模型,对额定风速以上的机组变桨距控制,提出了模糊滑模变结构控制方案。该控制方案不仅可以在额定风速以上保持风力发电机组输出功率的稳定,还能有效提高系统运行的柔性。经仿真验证,模型和控制方案是合理有效的,系统具有较强的鲁棒性。     

基于永磁同步电机的风力机模拟技术研究

根据风力机特性模拟的要求,分析了风力机模拟中转速、转矩和功率之间的关系,进行了风力机特性和永磁同步电机(PMSM)特性的比较,提出采用PMSM进行风力机特性的模拟;同时提出了基于风力机特性模拟的PMSM转子磁场定向矢量控制算法,满足风力机模拟的稳态和动态特性要求.最后从时间轴和转速轴的转矩特性两个方面进行仿真和试验验证,结果说明PMSM按照转矩-转速曲线模拟风力机特性时,能够与风力机功率-转速曲线相吻合.仿真和试验结果也表明PMSM能很好地模拟风力机在各种情况下的特性,并且具有较好的稳态模拟精度和动态模拟速度.     

基于风机特性模拟的风力发电系统

分析了风力机和直流电动机的运行原理,给出了直流电动机模拟风力机的理论依据。提出了实现简单、特性优良的转速、转矩控制模拟方案,通过控制直流电动机电枢电流来实现风力机转矩特性的模拟。搭建了基于风力机特性模拟的直驱式变速恒频风力发电系统试验平台,实现了模拟风力机在不同风速、转速下系统的稳定运行状态,验证了模拟方案的可行性和正确性,满足了该风力发电系统并网逆变和最大风能追踪等方面实验室研发的需要。     

基于Thompson tau-四分位和多点插值的风电功率异常数据处理

针对传统风电机组风速-功率异常运行数据处理清洗时间长、模型复杂的问题,提出一种基于Thompson tau-四分位法和多点插值的异常数据处理算法。首先,对切入风速与切出风速间等于或小于零的异常功率数据点予以剔除,通过划分风速区间,采用Thompson tau-四分位法对异常运行数据进行分段精细化清洗,降低异常点辨识的模型复杂度;然后,通过四点插值细分算法对清洗后的异常数据进行重构,获得完整的风速-功率有效数据;最后,以风电机组实际风速-功率数据为算例进行对比分析。结果表明所述方法实现简单、效率更高,尤其在临近风电场数据缺失、异常、不可用情况下,所提出的重构方法能有效提高重构数据质量,且重构效果更优。     

计及运行工况的风电机组停运模型

根据风电机组停运的特点,把其分为电磁系统和机械系统。考虑电网运行工况对风机停运的影响建立了基于电网电压和频率的电磁系统的故障率模型;考虑天气对风机停运的影响建立了基于风速的机械系统的故障率模型,综合上述两方面,得到计及运行工况的风电机组故障率模型。在Matlab中对某1.5 MW风机进行仿真,给出了不同运行工况下风电机组的故障率。此模型能够反映电网运行条件和外界风速对风电机组故障率的影响,能够如实表征风电机组实时运行的安全可靠性水平。     

基于ANFIS的风力发电机组变桨距控制

风速的随机变化对风力发电机组变桨距控制提出了更高的要求,提出基于自适应神经模糊推理系统（Adaptive Neural Fuzzy Inference System,ANFIS）的风力发电机组变桨距控制策略,构造了风力发电机的数学模型,将实测的发电机转速和实际的发电机转速的误差作为控制器的输入,在随机风速下对自适应神经模糊推理系统控制器进行实验仿真分析.实验结果表明,采用自适应神经模糊推理系统控制的风力发电机组变桨距控制具有良好的鲁棒性和动态性能.     

一种简单易行的风力机模拟器

为了更系统、全面的对风力发电机组进行研究,设计了一套实验室用风力机特性模拟装置--风力机模拟器(WTS),该模拟器通过BUCK电路控制直流电动机工作在风力机特性的最佳转速或最佳转矩点,可以在不依赖于自然环境和风力机的情况下模拟风力机特性,可以模拟不同特性的风力机,而且可以任意设定风速的变化曲线,方便了实验室对风力发电系统的研究.     

江苏如东地区风速数据分析及风能发电储量

通过分析江苏如东气象局公布的 2 0 0 2年 1～ 1 2月沿海地区的风速数据及所选用的风电机特性 ,研究了该地区的风能发电储量。在选用最优型的风电机时 ,考虑了计算得出的最优风速 ,并通过对该种风电机进行建模来描述其特性。通过分析计算 ,得出如东沿海地区 70 m高处的平均风速、风能平均功率密度和所选用风电机的年发电量。计算结果表明该地区风能发电储量十分丰富     

双馈风电机组变系数虚拟惯量优化控制

传统的变速恒频风力发电机采用电力电子变流器控制,导致机组输出功率与系统频率解耦,使风力机无法响应系统频率变化,降低了系统转动惯量。在分析双馈风力发电机运行特性和虚拟惯量特性的基础上,研究了双馈风力发电机采用虚拟惯量控制的机组转速变化与输出功率的关系,提出了同时考虑调频效益和调频成本的变系数虚拟惯量控制策略。该控制策略分别以调频时双馈风电机组输出功率、转速恢复时间衡量调频效益、调频成本的大小,并采用遗传算法离线计算机组不同运行状态下的调频系数曲线和机组转速变化程度的最优值,以实现机组频率控制系数随机组转速变化而改变。根据计算所得调频系数曲线在MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,结果表明所提方法能够使双馈风电机组在不同运行状态下响应系统频率变化,并保证机组自身稳定运行。     

兆瓦级风力机风轮静态特性模拟器的研究

提出一种新型小功率实验平台模拟兆瓦级风力机风轮特性的控制策略.通过对兆瓦级风机转矩特性等功率缩小和低转速特性的准确跟踪,实现风力机风轮静态特性的模拟.利用原动机侧变换器能够模拟兆瓦级风机缩比转矩特性,发电机侧变换器可准确跟踪风机低转速特性.分别针对风速和转速变化两种情况进行了分析,结果表明该方案能准确模拟兆瓦级风力机风...     

基于MDPSO的永磁直驱风力发电机参数辨识

针对永磁直驱风力发电机的多参数辨识问题以及传统参数辨识方法的收敛精度差、收敛速度慢等问题,提出了引入平均最优位置变量的自适应空间搜索向量的改进粒子群算法(MDPSO),对永磁直驱风力发电机参数辨识。根据永磁直驱风力发电机定子电压电流模型,进行pade近似并降阶处理后进行离散化,建立直驱风力发电机辨识模型;引入自适应空间搜索向量和平均最优位置变量改进粒子群算法;应用提出的MDPSO辨识直驱风力发电机定子绕组的电阻、电感和磁链等参数。算例仿真结果表明,提出的辨识算法具有精度高、计算速度快、稳定性高等特点,从而验证了建立的直驱风力发电机辨识模型及辨识算法的有效性。