直驱永磁同步风电机组的最优功率运行控制

构建了直驱永磁同步风电机组的最优功率控制模型,包括低风速下的最大风能捕获控制模型和高风速下的桨距角控制模型.最大风能捕获控制以永磁同步发电机输出功率为反馈量,转速为控制对象,桨距角控制以转速为反馈量,桨距角为控制对象.在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了相应的仿真系统,对直驱永磁同步风电机组联网运行进行了仿真分析,对所建立的数学模型和最优功率控制方法的有效性进行了验证.     

电网故障下直驱式风电机组建模与控制仿真研究

为分析直驱式永磁同步风电机组在电网故障时的联网运行特性,建立了风轮机、永磁同步发电机及全功率变流器的数学模型,构建了风轮机转速控制模型、PWM背靠背变流器控制模型及桨距角控制模型。在电网电压降落、风电场邻近母线单相短路接地、三相短路接地故障时联网风电场的暂态过程进行仿真分析,仿真结果表明所建模型是合理的、控制方法是有效的,为进一步研究新疆电网含大规模风电场的电力系统稳定性分析奠定基础。     

电网故障下直驱式风电机组建模与控制仿真研究

为分析直驱式永磁同步风电机组在电网故障时的联网运行特性,建立了风轮机、永磁同步发电机及全功率变流器的数学模型,构建了风轮机转速控制模型、PWM背靠背变流器控制模型及桨距角控制模型.在电网电压降落、风电场邻近母线单相短路接地、三相短路接地故障时联网风电场的暂态过程进行仿真分析,仿真结果表明所建模型是合理的、控制方法是有效的,为进一步研究新疆电网含大规模风电场的电力系统稳定性分析奠定基础.     

基于PSCAD/EMTDC的双馈感应风电机组变桨距控制仿真分析

提出一种简化的风力机变桨距控制模型,通过发电机转速和风力机输出功率的反馈信号分别调节桨距角,控制发电机的转速恒定和风力机输出功率平稳.采用PSCAD/EMTDC仿真软件建立该变桨距控制模型,对整个风力发电系统(包括双馈电机和并网装置等)进行仿真,验证该风力机变桨距控制方法的可行性.     

变桨距风力机在全风速段内的桨距角控制策略仿真研究

分析了变桨距控制策略的基本原则,Simulink环境下搭建了1.5 MW的DFIG机组全风速段内桨距角控制模型,将传统模型与改进模型进行仿真对比。结果表明,传统模型与改进模型都能有效控制桨距角特性,且改进模型在最大风能追踪区,风速上升时,可以有效抑制桨距角波动,并控制功率稳定输出。     

双馈风电机组低电压穿越主控系统控制策略

分析了1.5 MW 82 m风轮机型双馈风电机组的桨距角控制原理。应用GH BLADE软件,建立了机组模型,计算了桨距角由0°~20°、叶尖速比为3~14.7的力矩系数。给出低电压穿越状态的传动链受力及叶片可能调整的最大角度。提出不同风况下进入低电压穿越时,基于EFC方式和桨距角给定方式的控制策略和有功功率恢复策略。仿真计算说明通过调整叶片的桨距角减小气动力矩输入,可以实现低电压穿越过程机组转速的平稳过渡,通过回调叶片桨距角与快速给定有功功率的同步操作,减小低电压穿越结束时的功率振荡。110 kW小功率试验台试验及1.5 MW双馈机组现场试验说明控制策略能够满足不同风况下,双馈机组低电压穿越过程转速及功率恢复的控制。     

风电机组变桨距系统的反推滑模控制

传统的变桨距控制器在风速快速变化的情况下难以达到良好的效果,为改善系统的动态性能并实现恒功率输出,提出了基于精确反馈线性化(EFBL)的风电机组变桨距系统反推滑模控制方案。该方案首先将原非线性系统模型进行全局线性化处理,再将滑模控制和反推控制结合设计出反推滑模控制器(BSMC)。该控制器既保证了风机在高风速下具有良好的稳定性,又避免了单独使用传统反推设计方法带来的计算过程复杂的问题。仿真结果表明,通过与传统滑模控制器(SMC)进行对比,该方案有效地改善了风电机组变桨距系统的控制性能,能够很好地稳定风电机组的输出功率。     

结合风轮气动特性分区的多PID切换变桨距控制

大型变桨距风电机组在额定风速以上通常采用PID控制器调节机组桨距角,以达到功率恒定的目的。但由于风轮气动特性的非线性,单一PID控制器往往难以达到满意的控制结果。在深入分析风轮气动特性的基础上,采用数值计算和多项式曲线拟合的方法建立额定风速以上桨距角和风速的非线性模型。并根据风速采用优选法对该模型进行了分段线性化。针对每一线性化后的风速分区设计各自合适PID控制器。在风速变化时,根据调度策略对多个PID控制器进行切换。多PID切换的变桨距控制方法充分考虑了风机的动态特性,算法简单,便于实现。对300kW风电机组的仿真表明,新方法具有较好的控制效果。     

风力发电机液压变桨距控制系统的研究

根据空气动力学知识,组建由风速模型、风轮模型、传动链模型等组成的变桨距风力发电机组仿真模型。重点对液压变桨距控制的过程进行研究,在Matlab/Simulink环境下建立液压变桨距控制系统模型,对收桨和开桨过程进行建模仿真并对结果进行分析。在液压变桨距控制系统中引入PID控制器进行校正,通过仿真分析验证系统设计的可行性以及仿真模型的合理性,以使液压变桨距控制系统可达到准确快速地控制桨距角的目的。     

基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略研究

针对风切变和塔影效应引起的风力机气动载荷周期性波动,展开风电机组独立变桨距控制策略研究。基于叶素动量理论进行风轮叶片气动建模,在Matlab/Simulink平台上编程实现叶片气动载荷计算模型,并与GH Bladed仿真结果进行对比分析。提出了基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略,根据方位角反馈设置动态权系数,周期性调节每支叶片的桨距角,并在此基础上增加了叶根挥舞载荷PID控制环节,以微调修正桨距角。基于Matlab/Simulink和GH Bladed平台进行仿真分析,结果表明,该联合反馈控制策略可有效平缓周期或随机性的叶片挥舞载荷波动,而且对于减小风轮不平衡载荷以及降低风力机疲劳载荷有较好的效果。     

机组间偏航和有功功率综合协调的海上风电场增效方法

以海上风电场风向和风速较稳定,尾流效应对风电场功率影响明显为背景,综合协调机组间偏航角、有功功率,改善机组间气动耦合,提高各机组有功功率之和。给出了考虑偏航的尾流模型,克服了经典尾流模型边界处不连续导致风电场功率优化困难的问题。然后建立以机组偏航角和诱导因子为调节手段的风电场有功功率优化模型。继而,基于尾流传播路径,对机组进行分群,将风电场整场优化问题转化为各群内部优化问题,减少优化对象数,降低问题规模。重点结合在线仿真和机器学习技术,提出各群内部功率优化问题求解方法。最后将优化结果整定为机组参考有功功率和参考偏航角,各机组据此运行。该方案计算开销小,无需额外增加风电场控制系统计算资源,对通信环境无特殊要求,同时,仿真结果表明,提出的方案能有效提升海上风电场有功功率,提高风电场经济效益。     

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。     

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。     

小容量永磁直驱风力发电机组控制策略研究

根据最优功率曲线构建了最大功率控制模块,通过建立背靠背双PWM全功率变流器模型,实现对发电机侧输出功率和转速的控制,以及电网侧有功功率、无功功率的解耦控制。同时构建了包含传动模型和以转速为反馈量的桨距角控制模型。在PSCAD/EMTDC平台下搭建了仿真模型,结果表明,采用上述控制模型的永磁直驱风力发电机组在低风速下具有较高的效率和稳定性,验证了模型的合理性和控制策略的准确性。     

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。     

基于变参数减载控制的风电场一次调频策略

变速恒频风机通过电力电子设备实现并网,导致机组转速与系统频率不再有耦合关系,无法主动响应系统频率变化。针对风电大规模并网引发的系统调频安全问题,采用优先减载低风速机组的风电场预留备用策略,并结合桨距角控制,实现满足系统备用需求,同时最大限度地储存旋转动能;然后提出了变调频系数的虚拟惯量控制策略,给出了下垂系数的整定方法,以实现风机减载功率充分释放,为系统提供可靠的调频功率支持。在DIgSILENT中建立了系统仿真模型,结果表明：所提策略能够合理分配风机的减载功率,并有效利用备用容量参与系统调频,提升了风机的频率控制能力。     

双馈风电机组减载运行的协调控制研究

为了使收益和风能利用率最大化,双馈风电机组通常运行于最大功率点追踪模式下,但这样对并网系统来说风力发电机组此时无备用调节容量。在分析双馈风电机组有功功率控制方法的基础上,提出一种通过协调控制风力发电机转子转速和桨距角的策略,来实现双馈风电机组的减载运行,从而获得风力发电机组应有的可调容量。最后通过PSCAD软件建立仿真模型,验证该控制策略的正确性和可行性。     

基于模糊Smith预估的直驱风电机组变桨距控制器研究

在大型直驱风电机组中通常采用变桨距的方法来提高风能利用率,调节发电机组的有功功率。但由于风速变化的随机性和风力发电机组的非线性特点,传统的PID控制算法并不能取得令人满意的效果,为此提出了模糊Smith预估控制方法。在模糊理论和Smith预估控制理论的基础上,分别对模糊控制器和Smith预估控制器进行设计,最后将两者相结合,并在Simulink平台上搭建了模型,进行了仿真。仿真结果表明,所提方法在风速变化超过额定风速的情况下,能够通过控制桨距角使风力机转速稳定在额定值,实现直驱风电机组的恒功率控制。