变桨风力发电机组控制器优化设计

风速的随机性和风电机组控制系统的非线性导致难以获取风电机组精确的数学模型.鉴于实际的风电工程通常采用简单的比例-积分-微分(proportional integral differential,PID)控制器或比例-积分(proportional integral,PI)控制器达到输出恒定功率的控制目标,不涉及复杂的智能控制算法,在风速高于额定风速时,提出了一种基于加性分解原理的方法来规范风力发电机组变桨控制器的设计参数,将风力发电机组变桨控制问题分解为2个简单的子问题,即线性时不变主系统的追踪问题和辅系统的镇定问题.基于该原理,设计出了简单的PI控制器,并在此基础上进行了控制器优化设计,而且通过理论推导给出了该控制器的稳定性证明,最后通过仿真验证优化后的控制器能够大大增加输出功率的平稳性.这将为今后设计风力发电机组变桨控制器设计提供一定的准则.     

基于模糊RBF神经网络的风电机组变桨控制研究

针对大型风力发电机变桨控制受外部干扰和参数变化大、造成输出功率不稳定的问题,提出一种智能控制的算法,在RBF神经网络基础上增加模糊算法,利用模糊RBF神经网络实时在线调整PID参数。当实际风速偏离额定风速时,科学调整风机桨距角,使风机所获得的空气动力转矩发生变化,从而在额定功率附近保持风力机输出功率的相对稳定。据此搭建了风电机组各模块的数学模型,并在MATLAB/Simulink上搭建了仿真模块。实验结果表明：基于上述的方法控制效果相比于传统PID控制和常规RBF神经网络PID控制,响应更快、风能利用系数性能超调更小、功率输出更稳定,更有利于风力发电机组的系统稳定性。     

基于功率解耦的额定风速附近发电优化控制研究

为了便于控制器实现,变速变桨风电机组通常把转矩控制与变桨控制分开设计,在额定风速以下时,通过转矩控制实现最大风能捕获;在额定风速以上时,通过变桨控制限制机组功率。因此在额定风速附近,转矩控制与变桨控制之间存在耦合问题,需进行解耦,这是变速变桨控制算法设计难点。在分析了当前的解耦控制策略在额定风速附近风能损失问题之后,基于追求发电优化的目标,提出了一种功率解耦的控制方法,该方法较好地解决了额定风速附近功率损失与控制器误动作问题,而且在阵风工况下,可适当提前变桨动作,防止机组功率与转速超调。仿真与现场测试证明,该控制策略具有逻辑实现简单的优点,易于风电行业推广,有较高的实际工程意义。     

同步风力发电机无刷励磁系统设计

提出了无刷励磁同步风力发电机励磁系统设计方案,采用可控硅静止励磁装置向交流励磁机定子励磁绕组提供直流电,励磁机发出交流电经过旋转整流器供给风力发电机励磁。只需跟随风速变化,控制励磁机的励磁从而可以控制同步发电机的励磁,使得输出电压恒定。在额定风速以下,获得最大风能利用系数,额定风速以上,保证输出功率恒定。并提出了基于单神经元自适应PID控制算法的控制器设计,该系统具有可靠性高、抗干扰能力强、硬件简单和系统可扩展性强的特点。     

风能转换系统双频环滑模控制

为了实现额定风速以下风能转换系统风能捕获率的最大化,根据风速的多时间尺度特性,基于频率分离原理建立风能转换系统的双频环模型.在最优控制理论的指导下,针对低频环模型和高频环模型分别设计优化控制器,其中低频环采用PI控制;高频环采用加权积分型增益滑模控制.仿真结果表明,采用基于滑模控制的风能转换系统双频环优化控制方法,风能捕获率和叶尖速比相对于单纯的PI控制具有更好的控制效果,且当系统稳定运行时,风能捕获率可以保持在最优值0.475附近,叶尖速比也可以维持在最优值7 附近,可以实现额定风速以下的风能捕获率最大化.     

并网双馈异步风电机组模糊自适应控制

介绍了双馈感应风力发电系统运行的基本原理。在变风速下,根据最大功率跟踪控制原理,利用发电机输出功率误差和发电机的转速误差,提出用模糊控制器代替风速测速仪来跟踪发电机的最佳转速,保证在额定风速下,使风机运行在最佳叶尖速比,风能利用率最佳,避免了湍流塔影等因素对风速测量的影响。同时,在外环功率PI调节器中,引入模糊控制来提高在额定风速下双馈感应发电机功率解耦的快速跟踪。最后,通过对整个风电系统包括风力机、双馈感应电机(含网侧及转子侧变换器)、控制器(含网侧及转子侧控制器)进行建模及仿真来验证模糊控制策略的可行性。     

基于干扰观测器的直驱永磁同步风电系统输出功率控制研究

研究高于额定风速的直驱式永磁同步风电系统变桨距控制。首先建立直驱式永磁同步风电系统的非线性数学模型,然后在最佳运行点处展开得到线性化风电系统状态空间模型,根据该模型设计基于滑模控制算法的桨距角控制器来平滑风电系统的输出功率。为了减小利用系统不确定项的界设计滑模控制器存在控制的不精确,考虑设计干扰观测器试估计系统不确定项的值,并将干扰估计值应用到滑模桨距角控制器的设计中,提高了控制器的精度并且保证高于额定风速阶段风电系统的输出功率更加平稳。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建了风电系统的整体仿真模型,仿真结果表明所设计的基于干扰观测器的滑模桨距角控制器可在不同类型高风速输入扰动下,更好地平滑风电系统的输出功率。     

抑制风电场电压闪变联合控制策略研究

双馈感应风力发电机(DFIG)在连续运行中会出现电压闪变问题,为了稳定风机的输出功率,提出变换器和桨距角联合控制策略,额定风速以下时采用变换器控制使风能利用系数达到最大,额定风速以上时采用桨距角和变换器联合控制使风机输出功率维持在额定功率。通过仿真分析表明,提出的控制策略在不同风速条件下达到了预期的效果。     

变速变桨风力发电系统的鲁棒H2／H∞多目标控制

应用机理建模方法建立风力发电系统模型。将额定风速以上风电机组功率水平控制问题转化为H2／H∞多目标控制问题,包括混合H2／H∞控制和区域极点配置两个目标,混合H2／H∞实现风电系统输出功率的平滑控制并减小机械载荷;应用区域极点配置满足系统的动态性能指标。利用LMI方法求解得到桨距角鲁棒控制器,实现了风力发电系统功率水平的控制。在MATLAB环境下仿真结果表明,控制器不但能够实现额定风速以上风电机组的恒功率输出控制,而且有效减小了风力发电系统运行过程中的机械载荷。     

双馈风电系统参与频率调节的小扰动稳定性分析

为了分析风电系统并网后对电网频率的影响,建立考虑调频的双馈风电系统小扰动稳定性分析的数学模型.根据风速的变化,研究功率控制策略,额定风速以下采用最大功率追踪控制,实现输出功率最大;额定风速以上采用恒功率控制,保证整个系统安全稳定地运行;考虑负荷动态模型时,分析风速变化对系统特征值的影响;利用Matlab建模进行时域仿真.理论研究和仿真结果表明,在全风速变化区间,能实现输出功率调节,系统能保持较好的小扰动稳定;增加频率调节环节后,风电系统在一定程度上能参与电网频率调节,有效地改善电网的频率特性,仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.     

面向AGC的变速变桨风电机组有功功率控制策略

随着风电的大规模、高渗透率接入电网,未来的电网调度迫切需要风电电源具备传统电源的有功功率稳定输出特性和调节性能。为此,面向自动发电控制(AGC)的风机有功功率控制(APC)已经成为当前风电机组主控策略的研究热点之一。目前,APC的实现方法主要包括基于桨距角调节的功率控制(PAC)和基于转速调节的功率控制(RSC)。基于对风机能量平衡关系的分析,总结了上述2种APC策略的实现原理,并利用FAST软件对控制方法和控制指令进行了仿真比较。仿真表明:相较于PAC方法,RSC方法具有更为平稳的有功功率输出;而且在低风速时,由于利用风轮的动能缓冲,RSC方法能够有效减少变桨机构的动作频率和动作幅度;但在高风速时,2种控制方法都需要频繁的变桨。此外,功率指令的设定对于APC控制效果的影响也是不容忽视的。     

双馈风力发电机励磁系统的研究与设计

在分析现有变速恒频双馈风力发电励磁控制系统的基础上,提出了一种基于单神经元自适应PID算法的双馈励磁控制方案,可根据风速的变化调节双馈发电机的励磁,使发电机输出恒定.在额定风速以下,获得最大风能利用系数;在额定风速以上,保证发电机输出功率恒定.该控制方案简化了系统硬件结构,提高了系统稳定性和抗干扰能力,并具有扩展性强的特点.     

基于微处理器的风力发电机综合优化控制策略

由于风能能量密度低、随机性和不稳定性的特点,给风力发电带来发电效率低、电能不稳定等问题。提出使用微处理器控制,集偏航系统和变桨距控制系统为一体,共同实现风机的优化控制。将风向标测得的风向和风速信息输入给CPU,通过对风能及风机性能的综合分析和决策,由微控制器发出各项操作指令。当风速小于额定风速时,启动偏航控制系统,始终保证风机获得最大风能;当风速大于额定风速时,同时启动偏航系统和变桨距控制系统,根据风速大小调节桨距角,保证风机的输出功率不变;当风速过大时,采用紧急停机策略,调节桨距角使风叶与风向方向平行,以保护风机。研究结果表明,不仅实现了风能的最大利用,还提高了输出电能的稳定性,保证了分布式电源并网的电能质量,控制过程简单、过渡平缓,具有良好的应用前景。     

宽风速运行的定子双绕组感应电机风力发电系统拓扑及控制策略

介绍了一种适用于宽风速范围运行的新型定子双绕组感应发电机风力发电系统,其拓扑特点是将控制侧励磁变换器的直流母线经二极管与功率侧直流母线相连。在低风速区,利用电压泵升原理将励磁变换器的直流母线电压泵升至指令值,电能由控制侧直流母线端输出,拓宽了系统在低风速下的风能利用能力;在高风速区,功率绕组侧输出电压可上升至指令值,并联二极管断开,电能由功率侧整流桥的直流母线输出,控制侧变换器调节系统励磁无功保持输出电压恒定。该发电系统拓扑及控制方法实现了系统在宽风速范围内均能输出恒定的高压直流,可简化后级并网逆变器的结构和控制。在一台额定37 kW/DC 600V的样机上进行了实验研究,结果表明该风力发电系统的可行性和控制策略的有效性。     

考虑风速分区的风-储系统短期频率响应协同控制策略

在高风电渗透率电力系统中,针对双馈感应风电机组的转子转速与电网频率解耦所造成的机组惯性与频率响应能力缺失的问题,提出了基于模糊逻辑控制的风—储系统协同运行控制策略。该控制策略通过在风—储控制系统中嵌入模糊逻辑控制器来决策风—储系统响应电网频率波动的总有功出力和风力机转子动能的调频参与系数。基于此,根据不同风速下的风电机组运行特性将风速分区,并针对各风速区间构建了适应该区间转速—功率特点的风—储系统运行策略,使风—储系统具备能适应多种风况的短期频率响应能力。仿真结果表明:文中所提出的风—储系统协同运行控制策略能有效提升风—储系统的惯性以及短期频率响应能力,不仅能使风—储系统的短期频率响应能力适应多种风况,还可避免风电机组退出调频造成的频率二次跌落问题,同时改善了高风电渗透率电力系统的频率稳定性。     

一种风电机组在低风速区间的功率控制方法

由于在低风速区间风速变化较快、风能密度较低,因此对风电机组的功率转换效率造成了较大影响。针对风电机组在低风速区域的运行特点,从功率控制角度出发,以提高风电机组功率输出效率为目的,采用最大功率点跟踪控制策略(MPPT)实现对风能最大限度的捕获,提出了大范围快速对焦最优转速的控制策略。与传统爬山法相比,该方法具有寻优速度快、精确度高、简单易行的优点。在Power Simulation(PSIM)环境中仿真分析,研究结果表明:该控制策略对提高机组稳定性和功率转换效率具有一定的价值。     

Terminal滑模直驱风力发电变桨控制研究

由于风能的随机性和不稳定性的特点,加大了风力发电机组的控制难度。以直驱永磁同步风力发电机组为研究对象,以风速在额定值以上时使风力机输出功率稳定在额定值为研究目标,针对传统变桨距控制存在力矩抖动大,受干扰严重等缺点,提出一种基于Terminal滑模控制的双模控制方法。所设计的控制器采用Terminal滑模控制,控制策略采用功率和转速同时进行控制。利用Matlab/Simulink为实验平台,搭建Terminal滑模直驱风力发电机变桨控制模型,通过仿真验证,此方法与传统的变桨控制方法比较,有输出功率稳定无抖动、无超调、桨距角的变化更加平滑、抗干扰性强等优点。     

变桨矩风力发电机组输出功率控制方法的应用研究

由于功率与风能的三次方成正比,风速的较小变化将造成风能的较大变化,且由于风的随机性和不稳定性等特点,使风机的输出功率处于不断变化之中,因此给大型风力发电机组输出功率的控制带来困难.以变桨距调节方式为依托,通过对变距调节时的阻力矩进行分析,对先进的RCC控制技术进行研究,并以风场实际应用结果做相应比对,得出了一套较为系统...     

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。