基于滑模变结构的风力机变桨距控制研究

根据风能的不确定性和风力发电机的系统有着很强的非线性特点,设计了滑模变结构控制器,对1台采用该控制策略的异步双馈发电机进行变桨控制,利用Matlab/simulink对其运行行为进行仿真研究,仿真结果表明,滑模变桨性能不仅能有效控制风力发电机的转速范围,而且能保持风力发电机在额定风速以上的最大功率输出。     

独立变桨控制对大功率风力发电机振动影响

随着风力机功率的越来越大,结构越来越大,国产化风力发电机振动问题逐渐显现出来。以国产兆瓦级风力发电机组为依托,研究大型风力发电机组独立变桨距控制技术,并以此为基础研究独立变桨控制对大功率风力发电机振动影响。在研究了传统变桨距控制策略的基础上,提出基于线性二次型调节（LQR）和干扰自适应控制 (DAC)技术的独立变桨控制策略。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台对提出的控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。对一台5 MW 机组的仿真研究结果表明,分析结果与统一变桨比较,通过独立变桨,风力机结构的各项振动加速度幅值均有较大程度下降,能够有效降低风力发电机振动,进而可以提高设备可靠性和延长设备使用寿命,降低维护成本。     

风力发电机变桨系统

变桨系统是风力发电机的重要组成部分,本文围绕风力发电机变桨系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述.     

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。     

风力发电机液压变桨系统的建模与仿真

介绍了风力发电机液压变桨系统的原理,建立了液压变桨系统的数学模型,并进行了稳定性与响应性分析。对液压变桨系统采用比例积分微分控制,通过仿真确认了控制效果。     

大转动惯量风电机组变桨控制技术研究

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程实用价值。     

浅谈风力发电机组的液压和电动变桨系统

全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机组均采用了变桨距技术,变桨距控制与变频技术相配合,提高了风力发电机的发电效率和电能质量,使风力发电机组在各种工况下都能够获得最佳的性能,减少风力对风机的冲击,它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。变桨距控制按执行机构可分为液压变桨和电动变桨两种类型,以Vestas公司的液压变桨系统和Mita-Teknik公司的电动变桨系统为例,对这两种变桨系统的结构及特点进行了分析。     

PLC在大型风力机变桨距系统中的应用

变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性,现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制.针对Zond-40液压变桨距风力机,采用可编程序控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器.这种变桨控制器具有控制方式灵活、编程简单、抗干扰能力强等特点.介绍了液压变桨距系统的工作原理,设计了变桨控制器的软件系统.最后在Zond-40风力发电机组上做了实验,验证了该变桨距控制器可以在变桨距风力机上安全、稳定运行.     

激光测风系统辅助变桨控制

激光测风系统是风力发电机发展过程中的一项新技术。基于该系统设计的变桨控制系统可以降低整机载荷,提高机组安全性能。给出了这种变桨控制系统的设计及实现方法,并通过仿真证明了该控制方法的有效性。     

基于TS模糊加权的风电机组变桨距的双模切换优化控制

传统的PID变桨距控制策略存在转速波动较大、变桨的跟随性差等不足。以风速在额定风速以上时,使风力发电机的输出功率稳定在额定功率为研究目标。针对变桨系统的惯性与延迟导致控制过程动态调节时间长、超调量大等问题,提出了基于T-S模糊加权的模糊与PID双模切换优化变桨距控制策略。以Simulink为试验平台,搭建了永磁直驱风力发电机组的变桨控制模型。通过仿真验证表明,所提方法具有模糊控制与PID控制两者的优点,控制输出的桨距角精度更高、响应速度更快、功率更加靠近发电机输出的额定功率。     

无刷双馈风力发电机组的模糊自适应控制

针对变桨距并网型风力发电机组的最大功率跟踪及改善电能质量问题，采用新型无刷双馈电机构成风力发电机组．基于DSP控制的电力电子装置来改变无刷双馈电机控制绕组电流的频率、幅值、相位，设计了模糊控制器，使得额定风速以下时，根据风速变化，控制电机转速获得最佳叶尖速比，实现最大功率跟踪和变速恒频;额定风速及以上时，控制风轮的桨距角及风力机转速，调节叶尖速比，实现风力发电机组的恒功率输出及频率恒定。仿真结果表明，比传统PID控制器能更有效地减少振荡，较快地达到稳态，提高了风能转换系统的效率和质量。     

基于转速测量的风力机独立控制仿真

风力发电机组的主要部分由风力机和发电机所组成。为了尽可能的尊重实际风力机的物理特性及其运行的物理过程,需要分清控制对象并将风力机与发电机相分离,对其进行独立研究。并通过分析风力发电机组的额定工作点,将额定风速以上的桨叶节距角控制转化为风力机额定转速以上的桨叶节距角控制,最终经实验证实仿真方法实用性与正确性。     

变速恒频双馈异步风力发电机动态控制扰动方法

风力发电系统中,风力发电机的控制方法是个关键环节.对双馈变速恒频异步风力发电机现有的控制方法进行了研究,提出一种新颖的控制扰动方法,即将四风速模型中的合成风速在轴系模型中产生的转矩引入功率控制扰动中.     

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。     

Robust control of an isolated hybrid wind-diesel power system using Linear Quadratic Gaussian approach

This paper presents the application of the Linear Quadratic Gaussian (LQG) controller for voltage and frequency regulation of an isolated hybrid wind-diesel scheme. The scheme essentially consists of a vertical axis wind turbine driving a self-excited induction generator connected via an asynchronous (AC-DC-AC) link to a synchronous generator driven by a diesel engine. The synchronous generator is equipped with a voltage regulator and a static exciter. The wind generator and the synchronous generator together cater for the local load and power requirement. However, the load bus voltage and frequency are governed by the synchronous generator. The control objective aims to regulate the load voltage and frequency. This is accomplished via controlling the field voltage and rotational speed of the synchronous generator. The complete nonlinear dynamic model of the system has been described and linearized around an operating point. The standard Kalman filter technique has been employed to estimate the full states of the system. The computational burden has been minimized to a great extent by computing the optimal state feedback gains and the Kalman state space model off-line. The proposed controller has the advantages of robustness, fast response and good performance. The hybrid wind diesel energy scheme with the proposed controller has been tested through a step change in both wind speed and load impedance. Simulation results show that accurate tracking performance of the proposed hybrid wind diesel energy system has been achieved.     

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略

以永磁体励磁多极直驱式同步风力发电机组(directly driven wind turbine with permanent magnet synchronous generators，D-PMSG)为对象，建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的D-PMSG数学模型，提出了风力机桨距角和发电机转速的控制策略：桨距角的控制策略中以风速和发电机功率为输入信号，采用比例–积分控制很好地反映了不同风速对桨距角控制的不同要求；发电机转速控制策略中采用dq同步旋转坐标下的矢量控制方法，用d轴电流控制无功功率，用q轴电流控制转速，既实现了机组的解耦控制，又充分利用了发电机容量。运用Matlab/Simulink建立了D-PMSG仿真模型，对风速阶跃变化时机组运行情况进行了仿真，结果验证了该模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。     

Maximum output power control system of variable‐speed small wind generators

This paper proposes a maximum output power control system for variable‐speed small wind generators. The proposed control system adjusts the rotational speed of a single‐phase AC generator to the optimum rotational speed, which yields the maximum output power according to the natural wind speed. Since this adjustment is performed on‐line in order to adapt to variations in wind speed, the rotational speed of the single‐phase AC generator is adjusted by controlling the generated current flowing in an FET (field‐effect transistor) device, serving as the generated power brake, which is linked directly to the single‐phase AC generator. In order to reduce heat loss from the FET device, a PWM (pulse width modulation) controller is introduced. An experimental model of the proposed control system was built and tested, and the validity and practicality of the proposed control system were confirmed by the experimental results. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 165(1): 9–17, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20692     

变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究

双馈电机变速恒频(VSCF)风力发电系统，是通过调节转子绕组励磁电流的频率、幅值、相位和相序来实现变速恒频控制的。该文在分析双馈电机运行原理和励磁控制方法的基础上，设计和构建了基于80C196MC单片机的VSCF双馈风力发电机的励磁控制试验系统。对变速恒频控制、恒压控制、并网控制以及亚同步速、同步速和超同步速三种不同运行状态之间的动态转换控制技术，进行了试验研究，为兆瓦级变速恒频双馈风力发电机励磁控制系统的设计奠定了基础。     

改善接入地区电压稳定性的风电场无功控制策略

针对大规模风电场接入电网带来的电压无功问题,提出一种改善接入地区电压稳定性的变速恒频风电场无功控制策略,在系统发生扰动时,以接入点为电压控制点,扰动前的稳态电压为控制目标,动态调节风电场输出无功功率,维持接入点电压水平。实际应用时,该策略利用系统部分雅可比矩阵推导风电场的电压无功灵敏度信息,并根据风电场的无功输出能力计算风电场无功调整量,同时通过设置控制死区和延时,避免了风电机组的频繁调控。仿真算例表明,采用所提策略能够充分发挥变速恒频电机风电场的快速无功调节能力,有效抑制风速扰动、负荷变化等因素引起的电压波动,维持接入地区电网的电压稳定性。