风力发电技术与功率控制策略研究

对风力发电技术进行综述,分析研究了变速恒频双馈风力发电机组实现风能最大捕获的功率控制策略,即当风速在切入风速和额定风速之间时,控制发电机转子励磁电流及频率,追踪最佳功率曲线;在额定风速和切出风速之间时,调节风力机叶片桨距角,保持额定功率不变.研究表明,基于风速的功率控制方法,提高了风力发电机组风能利用效率;同时,基于风向标和输出功率的偏航控制策略,能缩短风力机对风时间,提高风力机对风精度和使用寿命.     

改进型双馈风力发电机最大功率点跟踪策略

针对传统双馈风力发电机最大功率点跟踪极值搜索策略将正弦信号作为搜索信号而很难将正弦信号从总的输出信号中区分出来的问题,提出了一种利用风湍流作为极值搜索信号的改进型最大功率点跟踪策略。该改进策略对叠加风湍流的叶尖速比和功率系数进行傅里叶变换,获得相位差信息,从而确定叶尖速比变化方向,使双馈风力发电机达到最佳运行工作点。仿真结果表明,该改进策略可控制风力发电机转速较好地跟踪风速变化,实现了额定风速以下运行区域的最大风能捕获。     

双馈风力发电系统最大风能追踪滑模变结构控制

针对如何实现双馈风力发电机最大风能追踪(MPPT)问题, 本文采用滑模变结构控制原理和定子磁场定向矢量控制原理, 提出了滑模控制的最大风能追踪方案. 为此首先简要的介绍了定子磁场定向矢量控制的原理, 然后根据风机模型的非线性提出了滑模控制最大风能追踪方案. 此方法实现了双馈风力发电机的有功, 无功功率的解耦控制. 提高风力发电系统转速控制的抗干扰性, 实现了变速恒频控制和最大功率点跟踪的快速和稳定控制, 从而捕 获更多的风能. 最后仿真结果验证本文提出的控制策略的正确性和有效性.     

基于二阶滑模控制的变速双馈风力发电系统最大功率点跟踪

本文提出一种超螺旋二阶滑模控制方案同时实现双馈变速风力发电系统最大风能捕获和无功功率调节.通过设计两个二阶滑模控制器,实现控制目标,降低机械磨损,提高控制精度,通过调节发电机转子电压,跟踪风机最优转速和转子电流设定值,实现额定风速以下的最大风能捕获和无功功率调节.采用二次型李雅普诺夫函数确定控制参数范围、确保系统有限时间稳定性.1.5 MW风机系统仿真实验验证所提方案有效性.     

绕线式异步风力发电机的最大风能追踪控制

以双PWM交流励磁电源控制的绕线式异步风力发电机系统为对象,研究了有功功率和无功功率的确定原则和计算方法,进而研究了双馈异步电机的功率解耦控制。给出变速恒频风力发电机最大风能追踪的控制策略,仿真研究表明基于电网电压定向的矢量控制策略,通过转子侧变换器和双馈电机之间的数学模型,能够有效地实现最大风能追踪。提高风电机组的运行和运行效率。     

兆瓦级同步风力发电机变桨距控制策略研究

变桨距风力发电机已成为风力发电机组的主要研究和发展方向,结合长星集团同步风力发电机组,对变桨距控制技术进行了研究,在额定风速以下时实行变速运行,控制发电机的励磁电流从而控制发电机的转速,使得风力机转速能够跟随风速变化,保持最佳叶尖速比使系统获得最大的风能利用系数;额定风速以上时,采用PID控制算法控制桨距角,使发电机输出功率恒定,并提出了实现方法;通过仿真工具进行计算机仿真,验证了本方法的有效性。     

基于LPV模型的风能转换系统增益调度控制

在额定风速以下,风能转换系统需要通过控制发电机转速使风能的捕获率最大.根据风速的多时间尺度特性,建立风能转换系统的非线性机理模型,进一步得到其归一化误差的线性参数变化(LPV)系统模型;为获取最大风能捕获和减少机械振荡,在PI控制策略的基础上,利用基于LPV模型的增益调度控制器进行动态补偿.仿真结果表明:补偿后系统的功率系数和叶尖速比追踪其最优值的精度更高,鲁棒性更好,体现了更好的动态性能.     

无刷励磁同步风力发电机免疫单神经元控制

根据同步无刷风力发电机系统的特点,提出了同步无刷励磁风力发电机励磁系统设计方法,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励磁,励磁机输出交流电经过旋转整流器供给风力发电机励磁,根据风速变化,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;并采用免疫单神经元PID控制算法,使系统的抗干扰能力加强。     

基于扰动观察的双馈风电场有功功率自动控制北大核心

以提升双馈风电场风能捕捉率、降低有功功率控制偏差为目的,研究基于扰动观察的双馈风电场有功功率自动控制方法。依据双馈感应发电机运行原理,构建其数学模型和动力学模型,获取双馈风电场数学和动力学参数,依据有功功率受阻尼系数和弹性系数影响的单峰值特点,采用扰动观察方法在阻尼系数与弹性系数构成的二维变量组上加入阻尼系数与弹性系数交替扰动情况的第三维度,通过计算其斜率获取区域变更速度,并在固定步长与斜率变步长上添加扰动,以寻找最佳数值方式降低功率点上下变化,实现双馈风电场有功功率控制。实验结果表明,上述方法控制的双馈风电场风能捕捉率较高;可有效控制无功功率,补偿有功功率;有功功率数值在风速为90m/s之前均和额定有功功率数值相同。     

新闻

短讯我国单机容量最大双馈异步风力发电机研制成功我国目前单机容量最大的双馈异步风力发电机-15.兆瓦变速恒频双馈异步发电机日前由兰州电机有限责任公司研制成功,成功实现并网发电。该风力发电机采用领先的全数字化矢量控制方法研制开发,可实现在宽风速范围内变速恒频发电,改     

风电机组变桨距模糊遗传控制算法研究

为提高额定风速以上风力发电机组发电机转速和输出功率的稳定性,基于风电机组的运行特性,建立了风电机组变桨距控制仿真模型;针对遗传算法收敛速度慢的缺点,采用模糊遗传算法对PID控制器参数进行整定。仿真结果表明,基于模糊遗传的控制器不仅提高了遗传算法的收敛速度,且在动态性能及系统稳定性方面均优于遗传算法控制器。     

基于反馈线性化的液压型风力发电机组最佳功率追踪控制

液压型风力发电机组在额定风速以下时为获得最多电能,需随风速变化追踪最佳功率点.建立并网液压型风力发电机组仿射非线性数学模型,基于反馈线性化方法,分别以风力机转速和液压系统传输功率为输出,以变量马达摆角为控制输入,线性化系统,设计最佳转速与最佳功率追踪控制器,实现机组在额定风速以下随风速变化输出最佳功率.仿真结果表明,以液压系统传输功率为控制输出的功率追踪过程动静态特性较好.理论分析表明,控制器中高压腔压力变化率是否可以规划,是影响功率追踪过程稳定性的关键因素.     

电网电压跌落下双馈风力发电机的动态响应

随着以双馈风力发电机为主体的大型风力发电机组在电网中所占比例的提高,电力系统对并网风力发电机在电网电压骤降故障下的不间断运行能力提出了更高的要求。分析了变速恒频双馈风力发电机组的工作原理,建立了双馈风力发电机组的动态数学模型,搭建了双馈风力发电机组的仿真模型,仿真分析了不同电网故障下,变速恒频双馈风力发电机组的动态响应。利用1.5MW双馈风力发电机进行了不同电网电压跌落下的试验,试验结果验证了系统在电网电压跌落故障下的动态响应特性。     

双馈风力发电机的最大风能追踪技术研究

如何提高风能的利用率,实现最大功率点追踪(MPPT)成为世界各国研究的热点。变速恒频(VSCF)双馈风力发电机作为当前风力发电的主流机型,对其MPPT研究更具有较强的现实意义。通过对风力机运行特性的分析,结合目前的MPPT控制方式,提出将模糊控制与改进的变步长扰动法结合来实现MPPT,并通过MATLAB仿真验证该策略的有效性及稳定性。     

基于瑞萨单片机的智能模型车设计与实现

提出一种基于瑞萨H8/3048F-one单片机的智能模型车的设计与实现方案。利用红外传感器采集路面信息,以H8/3048F-one为核心控制单元,通过对舵机的开环比例控制和电机的闭环PID控制实现模型车的自主寻迹行驶。实践证明,该方案合理有效,可使模型车顺利通过指定赛道,具有寻迹路线优、速度调节快、抗干扰性强、稳态误差小的特点以及较好的动力性能和转向性能。     

基于EEMDSE-ILSTM的风电场超短期风速预测

不可再生资源的枯竭推动着新能源的发展,风电作为目前风能利用的主要形式得到了大面积推广。但风速非线性、非平稳性、时序性的特点对风机本身和电力系统都会产生不利的影响,因此精准的风速预测已经成为亟待解决的关键课题。基于组合预测方法,提出了一种EEMDSE-ILSTM风速预测模型。该模型利用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）将风速数据分解为若干个分量数据集,并通过样本熵对各分量进行筛选以简化数据。将改进的鲸鱼算法与长短期记忆网络（Long Short-Term Memory,LSTM）结合,无监督生成合适的模型预测参数。在预测时依次对每个分量数据预测并将结果累加获得最终预测值。仿真结果表明,该模型与其他方法比较,显示出较好的预测精度和泛化性能。     

CEEMD-WT和CNN在短期风速预测中的应用研究

由于风速存在随机性和不稳定性,为了提高短期风速预测的精度,提出了一种基于完备总体经验模态分解（CEEMD）、小波变换（WT）和卷积神经网络（CNN）的短期风速预测混合模型。首先,CEEMD算法把原始风速序列分解成一些相对平稳的固有模态函数和一个残差序列;然后,WT算法对每个固有模态函数进行二次去噪,进一步消除噪声对固有模态函数的影响;最后,卷积神经网络对每个固有模态函数、残差序列和影响风速的5个属性训练预测得到各自的预测结果,对所有的预测结果重构得到最终的预测结果。通过实验与其他4个风速预测模型进行比较,所提出的模型预测的绝对平均百分比误差（MAPE）最小,为2.484%,表明在短期风速预测方面CEEMD-WT-CNN模型有较好的性能。     

Output feedback control of wind energy conversion system involving a doubly fed induction generator

This paper deals with the problem of controlling a wind energy conversion system (WECS) based on the doubly fed induction generator (DFIG), by IGBT‐based back‐to‐back rectifier‐inverter. The goal of control is to maximize wind energy extraction letting the wind turbine rotor operate in a variable‐speed mode. Interestingly, the present study features the achievement of the above energetic goal without resorting to sensors for wind velocity. The control strategy involves: (i) an output feedback non‐linear regulator designed by the backstepping technique and based on the use of a high gain observer; (ii) a sensorless online reference‐speed optimizer designed using the turbine power characteristic to achieve the maximum power point tracking (MPPT) requirement. It is formally shown that the proposed controller actually meets its control objectives. This theoretical result is confirmed by several simulations.     

Direct Power Control of Dfig by Using Nonlinear Model Predictive Controller

This paper proposes a nonlinear model predictive direct power control (PDPC) strategy for a double fed induction generator (DFIG)‐based wind energy generation system. Active and reactive power variations of DFIG are calculated based on machine rules, and a nonlinear model of DFIG is given. A nonlinear model predictive controller (NMPC) is presented based on the useful cost function and constraint that it results in more proximity between simulations and reality. The power and current ripples are reduced and the optimal rotor voltage is generated based on an objective function and the constraints. The rotor voltage vector is calculated in the synchronous reference frame and transferred into the rotor reference frame. Simulation results of a 2 MW DFIG system show good performance of the proposed method during variation of active and reactive powers, machine parameters, and wind speed. Also, the transient responses of active and reactive powers are within a few milliseconds.     

额定风速以上风力发电机组的恒功率H∞鲁棒控制

风力发电机组由于机械结构以及电气负荷承受能力的限制存在着转速限制和功率限制, 额定风速以上时,需要通过控制桨距角来实现额定恒功率输出, 同时保持转速在额定转速处. 本文建立了风力发电机组的详细机理模型, 将H_∞控制理论应用到额定风速以上时风力发电机组的恒功率输出的控制器设计, 建立了标准H_∞恒功率控制问题. 利用LMI方法求解, 得到了桨距角的H_∞控制器. 仿真结果表明该H_∞控制器能够成功实现额定风速以上时的恒功率输出控制, 并且具有良好的鲁棒性.