提高风电机组发电量的转矩–变桨协调控制策略

变速恒频风电机组由于受到变速范围及变速动态响应时间的限制,无法保持以最佳叶尖速比运行。推导出了最优桨距角随叶尖速比偏离程度变化的规律,并提出一种额定风速以下的转矩–变桨协调控制策略,当机组偏离最佳叶尖速比时,使机组工作在局部最优点上,从而提升发电量。同时,针对桨叶安装角误差对发电量及协调控制的影响问题,提出一种全局最优桨距角自寻优算法;针对有效风速难以直接获取的问题,提出了一种带动态补偿的多模式有效风速观测方法。基于RTDS和Bladed联合仿真平台,验证了转矩–变桨协调控制策略的有效性;并以实测风速进行长时间仿真和评估。结果表明所提出的方法可有效提升机组发电量。     

基于C_p函数初值模型的并网DFIG稳定性分析

双馈异步风电机组初值模型影响并网双馈异步风电机组稳定性分析结果的可信度。现有恒机械功率(P_(wt))模型未考虑转速变化对机械功率的影响,恒最优功率系数(k_(opt))模型不适用于转速限制、桨距角控制等降额运行状态。本文提出基于风能利用系数(C_p)函数的并网双馈异步风电机稳定性分析模型,其中初值模型的风速、转速与桨距角皆为可控变量,实现了不同转速、调度出力与桨距角条件下双馈异步风电机组初值求解与大/小扰动的稳定性分析。将C_p模型得到的稳定性分析结果与现有恒机械功率及恒最优功率系数模型进行对比,分析现有模型误差可发现,恒机械功率与恒最优功率系数模型的机械功率误差会导致降额运行时转速初值误差,降低大扰动下转速与机端功率动态仿真结果精度,机械转矩的误差也会影响小扰动稳定性分析结果。     

基于状态曲线的风电机组运行工况异常检测

为了提高风电机组的利用率和发电量,减少风电机组维修和更换费用,需要对其运行工况进行监测。本文首先对机组的风速-功率、风速-转速、风速-桨距角、转速-功率、转速-桨距角5种状态曲线进行理论介绍,然后结合实际运行数据对其进行了分析。结果表明:由于风速的随机性和风电机组的惯性,前3种曲线不能很好地区分机组的正常运行状态和故障状态,而转速-功率、转速-桨距角能够对机组的异常情况进行准确的监测;以转速-功率、转速-桨距角状态曲线为基础,分析了机组不同运行工况在状态曲线上的分布,对各个不同工况分别建立相应的评价体系,通过故障实例分析,表明本文方法能提前感知异常情况,有效提高系统的状态监测精度。     

变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID控制

针对变速风机非线性强、转动惯量大、转轴机械阻尼随转速变化的特点,提出了变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID(nonlinear-PID, NLPID)控制策略,仿真研究表明,非线性PID控制响应快,超调小,受系统参数变化的影响较小,控制精度高,具有一定的适应性和鲁棒性。此外,该文设计了基于模糊规则切换的模糊PID-PID双模变桨距控制器,在此基础上对变速恒频风力发电系统在全风速范围内的运行进行了数字仿真研究。在高于额定风速时,通过变桨距控制器调节桨距角,系统能较好地将功率限制在额定值附近;在低于额定风速时,通过模糊推理,系统能够在免测风速的情况下给出转速参考信号,实现最大风能捕获或恒转速运行。     

模糊前馈与模糊PID结合的风力发电机组变桨距控制

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,但由于从额定风速到切出风速之间的风速变化范围很大,一组固定的PID参数难以在不同风速下均有好的控制效果。该文在分析PID变桨距控制器缺点的基础上,提出模糊前馈与模糊PID结合的新型变桨距控制方法。模糊PID控制器能够保证在不同风速下均有较好的控制结果,而模糊前馈控制器则能够根据风电机组的桨叶气动特性,在额定风速以上的不同风速段,根据风速给出不同的适当的前馈桨距角,实现动态前馈补偿,提高控制系统的响应速度。对一个300kW的变桨距风电机组的仿真表明,该方法在额定风速以上的不同风速段都能够有效地减小系统的超调量,缩短调节时间,具有较为满意的控制效果。     

基于功率和载荷协调的变桨距控制策略

风力机启动阶段变桨距实现最佳力矩,额定风速以上时变桨距实现恒功率控制。正常情况下变桨距过程引起的载荷变化不会超过设计阈值范围。但是,当风电机组设备老化疲劳后载荷阈值可能会下降,出现超载荷运行的现象,危害机组安全。本文在建立风电机组数学模型的基础上,分析了桨距角和载荷的内在关系,提出了功率和载荷协调的变桨距控制策略。当风电机组超载荷运行时,改变常规的变桨距控制策略,调整桨距角,优化变桨速率,以降低风电机组输出功率为代价,减小风电机组载荷,保证风电机组安全稳定运行。采用GH Bladed建模仿真,其仿真结果证明了控制策略的可行性和有效性。     

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.     

基于数据驱动的风电场有功功率分配算法

针对常规风电场有功功率分配中,通过风速评价机组的功率调节能力不准确的问题,提出一种基于数据驱动的风电场有功功率分配算法。首先,采集不同风速下风电机组转速和桨距角数据,利用Takagi-Sugeno模糊模型和变异系数法评价变速系统和变桨系统参与功率调节的相对权重系数,确定机组的功率调节能力。然后,完成基于机组调节能力的风电场有功功率分配。最后,在MATLAB仿真平台上完成含有10台风电机组的风电场有功功率分配。仿真结果表明,与按风速权重有功功率分配算法相比,所提分配算法的风电场有功功率波动小,风电机组的转速和桨距角变化较为平滑,且高风速机组的载荷小。     

直驱永磁同步风电机组在全风速范围内的控制策略研究

为实现直驱式永磁同步风电机组在全风速范围内的高效、稳定运行,提出了一种基于最优转速给定的最大功率点跟踪控制策略与一种变桨距控制策略。当风速波动时,发电机转子转速的参考值将根据风电机组运行状态的不同选择不同的计算方式,使得风力机功率系数最大或稳定在额定转速不超速。而桨距角的大小将根据发电机的输出功率变化,当输出功率小于额定值时保持为0,大于额定值时增大使得输出功率稳定在额定值附近。最大功率点跟踪控制系统及桨距角控制系统都以发电机的输出功率大小作为控制方式的切换条件,无需复杂的切换规则。在Matlab/Simulink仿真平台上全风速范围内的风电机组的运行结果验证了所提出的控制策略的正确性与有效性。     

基于隐式广义预测控制的风电机组控制方法研究

根据风速的大小,实时调整风机以获得最优桨距角是稳定风电功率,抑制桨距角频繁调整的一种常用方法。针对风电机组的高度非线性,提出采用隐式广义预测控制,从而减少模型误差;针对风速的随机性和桨距角机械调整的滞后性会引起桨距角频繁调整、转速和输出功率波动的问题,提出了一种改进的隐式广义预测控制,并结合风速预测对其进行预测补偿。首先对隐式广义预测控制的输出控制量进行联系现在和过去的改进,然后结合短期风速预测对桨距角的预调整进行补偿。仿真结果表明该方法控制效果良好,改进的隐式广义预测控制能够较好地适应不同风速下的风机控制,能够实现桨距角的预调整,同时达到了抑制桨距角的过调整、稳定转速和输出功率的目的。     

Electrolyzer switching strategy for hydrogen generation from variable speed wind generator

This paper presents a new switching strategy for electrolyzer used in hydrogen generation which is connected to the terminal of a wind farm. The output of wind generator, in general, fluctuates greatly due to the random wind speed variations, which has a serious influence on the power system operation. In this study, the wind farm is composed of variable speed wind turbines (VSWT) driving permanent magnet synchronous generators (PMSG). The hydrogen generator (HG) is composed of rectifier and 10 electrolyzer units where each unit is controlled by the chopper circuit. To smoothen the wind farm line power, at first, a reference for the line power is generated from the difference of exponential moving average of wind farm output and its standard deviation. Then the switching strategy is developed in such a way that the proposed cooperative system can smoothen the wind farm line power fluctuation as well as generating hydrogen gas absorbing the fluctuating portion of wind farm output that lies above the reference line power. This novel switching strategy helps each electrolyzer unit working in full load and shift operation conditions and hence increases its lifespan and efficiency. The performance of the proposed system is investigated by simulation analyses, in which simulations are performed by using PSCAD/EMTDC.     

基于SA4828的变频器设计

利用专用集成电路SA 4828设计变频器,可以大大简化硬件电路的设计和软件编程。它以SA 4828作为SPWM信号发生器,经过驱动电路控制IPM模块,产生三相变频电源。配以单片机、键盘、LED显示器及转速编码器,构成闭环调速系统。经过实际测试,取得了很好的效果。电动机可以在1~50 H z范围内连续调速,闭环调速精度达到0.1%。实践表明,利用SA 4828设计变频器,是切实可行的简便方法。     

变速恒频双馈风力发电功率偏差控制技术研究

变速恒频双馈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.在分析交流励磁变速恒频双馈发电原理及双馈电机数学模型的基础上,阐述了一种新颖的基于定子磁场定向的变速恒频双馈风力发电系统功率偏差控制策略,并在实验室3 kW变速恒频双馈风力发电系统模拟系统上进行了实验研究,实验结果表明了该算法的有效性.     

调速电气传动系统的国家标准简析

调速电气传动系统的国家标准是调速电气传动行业发展现状的需求.标准是发布的建立设计规格和设计流程的文档,通过建立被普遍理解和采纳的一致性协议,形成产品研发、生产的基本构件,用于确保产品等的可靠性、功能和兼容性,增强交互性,以保证消费者的安全等权益.通过使用标准,能够保证互连性和交互性的要求;通过标准的应用,能够验证新产品...     

波浪能装置中液压发电系统Boost变换机理及控制策略

根据液压发电系统特性可知,其工作转速由蓄能器压力和发电机负载决定,而蓄能器压力和发电机负载是实时变量,不加控制将无法实现液压发电系统始终工作在最佳转速曲线。特别是当液压发电系统整流后直接馈入海岛直流微电网时,转速由直流电网电压唯一确定。文中通过引入Boost变换电路,实现液压发电系统转速的实时控制。提出最高效率转换控制策略,实现液压发电系统始终工作在最佳转速曲线。推导了液压发电系统Boost变换机理,通过试验得到了最佳转速曲线,建立了液压发电系统经过交错并联Boost变换器馈入直流微电网的仿真模型。仿真结果表明,在Boost变换器控制下,液压发电系统始终工作在给定的最佳转速曲线,实现了液压发电系统最高效率转换控制策略。     

基于经验模态分解和支持向量机的短期风电功率组合预测模型

针对风速序列随时间、空间呈现非平稳性变化的特征,提出一种基于经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）和支持向量机（support vector machine,SVM）的EMD-SVM短期风电功率组合预测方法。该方法首先利用EMD将风速序列分解为一系列相对平稳的分量,以减少不同特征信息间的相互影响;然后利用SVM法对各分量建立预测模型,针对各序列自身特点选择不同的核函数和相关参数来处理各组不同数据,以提高单个模型预测精度。最后将风速预测结果叠加并输入功率转化曲线以得到风电功率预测结果。研究结果表明,EMD-SVM组合预测模型能更好地跟踪风电功率的变化,其预测误差比单一统计模型降低了5%~10%,有效地提高了短期风电功率预测的精度。     

基于主导惯量中心的紧急功率支援方法

交直流并联系统中送端交流系统出现故障时,利用直流系统的过负荷能力进行紧急功率支援可缓解功率不平衡状况、提高暂态稳定性。介绍了以暂态过程中发电机组的动能增加为准来度量主要参与机组、形成"主导惯量中心"(DCOI)的紧急功率支援方法。直流线路连接的互联区域电网,暂态下区域电网主导惯量中心间的转速偏差能够保留系统重要的动态信息,用此集成紧急功率支援的控制信号,相比于传统的由本地信息构成的调制信号效果更优。在四川电网的仿真中表明:基于主导惯量的转速偏差能够保留系统重要的动态信息,用此集成紧急功率支援的控制信号,相比于传统的由本地信息构成的调制信号效果更优。在四川电网的仿真中表明:基于主导惯量中心的紧急功率支援方案有效地提高了大扰动下暂态系统的稳定性。     

风电场输出功率年度预测中有效风速预测研究

风电场风电功率预测在风能利用中具有重要意义。利用历史年份的小时平均风速数据对下一年年度风速进行预测。对历史年份的小时平均风速数据以季度为单位进行小波分解,采用递推最小二乘法建立各分量的二元线性回归预测模型,将各分量预测模型等权求和集成为次年度对应季度的预测模型。对实测数据的仿真计算表明,提前一年的风速季度预测的平均绝对百分误差(mean absolute percentage,MAPE)为12.25%,提高了此类预测的精度。考虑具体风力发电机组的功率特性、机组效率和设备运行情况,可得次年度风电场输出功率值。     

用于短期风速预测的优化核心向量回归模型

风能的不确定性和难以准确预测给风电并入电网带来了困难。风速是影响风能的重要因素,风速的预测精度对风电功率预测的准确性有重要影响。提出一种优化的核心向量回归（CVR）模型,进行短期风速预测。其风速数据从某风电场每隔1 h采集1次,并采用粒子群优化（PSO）算法对CVR模型的参数进行优化,利用优化后的CVR模型进行风速预测。试验结果表明,在时空复杂度相当的情况下,该方法具有比CVR和SVR（support vector regression ）更高的预测精度。     

变速恒频双馈风力发电功率控制技术研究

介绍了变速恒频双馈风力发电的基本原理与控制设计,建立包括风力机、双PWM功率变换器、双馈发电机在内的风力发电系统.着重以转子侧变换器为研究对象,分析了其实现最大风能追踪、有功功率、无功功率解耦的过程.并基于此过程推导数学关系式,建立功率外环、转子电流内环控制的定子磁链定向控制模型,并通过1.5MW双馈风力发电仿真模型验...