反馈线性化在液压型风力发电机组功率追踪中的应用

以液压型风力发电机组为研究对象,为使功率追踪的过程平稳,研究机组的最佳功率追踪控制方法.本文利用反馈线性化方法解决系统非线性问题,以液压系统压力为控制输出,设计最佳功率追踪控制器,并提出一种反馈线性化方法的工程应用解决方案,即结合传统PID控制解决反馈线性化工程应用中依赖模型参数精度的问题.依托30 k VA液压型风力发电机组半物理仿真实验台进行仿真和实验研究,验证了该方法的可行性,为机组进一步研究奠定理论与实验基础.     

变桨距风力发电机组恒功率反馈线性化控制

在额定风速以上时,为保证风电机组的安全稳定运行,需要降低风力机捕获风能,使风力机的转速及功率维持在额定值,基于微分几何反馈线性化方法,提出变桨距风力发电机组恒功率控制策略.建立了风力机的仿射非线性模型,采用微分几何反馈线性化变换实现全局精确线性化;根据新的线性化模型,以风力机转速为输出反馈变量,叶片桨距角为输入控制变量,设计桨距角控制器;在风速高于额定值时调节风力机维持在额定转速,从而实现额定风速以上的恒功率控制.仿真结果表明,所提控制策略能较好地解决变桨距风力发电机组额定风速以上的恒功率控制问题,控制方法具有较好的适应性和鲁棒性.     

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.     

基于微分几何的风力发电机组恒功率控制

当风速超过额定值时, 可以通过降低风力机的转速实现恒功率控制从而避免使用复杂的变桨距机构, 本文基于微分几何理论设计了非线性控制器, 实现了变速风力发电机组的恒功率控制. 首先, 分析了风力机的空气动力学特性, 这是所提出的恒功率控制方法的理论依据; 然后, 通过微分几何反馈线性化变换, 将风力机的非线性模型全局线性化; 最后, 基于新的线性化模型设计了非线性控制器, 实现了变速风力机的全局精确线性化控制. 仿真结果表明, 所提出的控制方法在风速大范围变化的情况下能有效的实现变速风力发电机组额定风速以上的恒功率控制.     

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.     

变速风力发电机组最大风能追踪与桨距控制

针对变速变桨风力发电机组(Variable Speed Variable Pitch,VSVP)如何在低风速时最大限度捕获风能以及在额定风速以上稳定输出功率进行研究。低风速时在传统风能追踪控制策略的基础上,提出通过改变最优增益系数来追踪最佳风能利用系数的自适应转矩控制策略。在额定风速以上,依据风机空气动力学原理、风轮扫及面内风速风切特性,提出基于桨叶方位角信号的独立变桨距控制策略。该策略通过权系数将统一变化的桨距角转化为3桨叶独立变化的桨距角。以国产某2 MW风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对所采用的控制策略进行仿真验证。结果表明,相对传统控制,所提出的控制策略在低风速时能够更好的追踪最大功率点。额定风速以上时,使风力发电机组能够在额定转速下保持稳定的电功率输出。     

变速风力发电机组出功控制策略研究

变速风力发电机组通常采用转速控制和变桨距控制相结合的方法,在额定风速以下主要调节发电机的转矩使转速跟随风速变化而变化,以获得最佳叶尖速比;在额定风速以上通过调整桨叶节距,改变气流对叶片攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩,才能使功率输出保持稳定传统PID控制方案在风电控制中仍然发挥重要的作用,先进的控制算法与传...     

基于估计的风力机最大功率跟踪控制

在额定风速以下,变速恒频风力发电机组应采用可靠控制策略,保证最大风功率跟踪;在不估计风速的情况下,提出一种风力机最大功率跟踪方法;首先,利用状态观测器和非线性扩展卡尔曼滤波,估计风力机最佳转速,采用PI控制器给出风力机转矩估值;其次,以风力机转矩、转速估值为输入,采用风力机转矩前馈控制,在计算风力机最优转速后,给出发电机转矩控制量,从而实现低风速时的最大功率跟踪;在Matlab/Simulink软件上搭建了仿真平台,仿真验证了估计的有效性和控制的正确性。     

风电系统的非线性模糊恒功率控制器的设计

研究了风速高于额定值时风电系统的非线性模糊恒功率控制。由物理分析得出风电机组的二阶数学模型,采用微分几何的精确反馈线性化理论,对该二阶模型进行全局线性化,得到适用于全局范围的线性模型。应用模糊控制理论对新的系统写出模糊控制规则,进而得到原系统的恒功率控制器。在MATLAB/Simulink中搭建含该非线性模糊变桨距控制器的风力发电机组模型。对阶跃风和随机风分别进行仿真,均能实现风机转速及输出功率的恒定,由此验证了该控制器在额定风速以上的良好控制。     

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。     

风力发电机组桨距角鲁棒控制器的设计与仿真

在空气动力学原理基础上建立了变浆距风力发电机组非线性数学模型,以此为基础采用基于动态逆的非线性内模控制方法设计了风力发电机组在额定风速以上工作时的桨距角鲁棒控制律,以使输出功率维持在额定值附近。设计是针对风力机的非线性数学模型进行的,克服了基于局域近似线性化模型设计方法的缺点,适应工况点大范围变动的情形,而且对系统参数摄动具有良好的鲁棒性,求解过程相对比较简单。以一台额定功率为300kW的实际风力发电机组为实例进行了对比仿真,结果表明了该方法能够满足控制要求,具有较好的动、静态特性和鲁棒性。     

风电机组电动变桨距控制系统的优化研究

由于风速的随机性、不稳定性及气动效应的影响,使得风力发电机组变桨距控制系统具有非线性、参数时变性、强耦合等特点,难于实现高精度控制,导致风电机组输出电能质量较差。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能,分析了风电机组变桨距控制系统的现状,建立了整个风电机组模型,提出了优化的变桨距控制策略,并设计了基于模糊控制的变桨距控制器。仿真结果表明,独立变桨距控制技术的控制效果比统一变桨距好,实现了风力机各叶片的优化独立变桨距控制,优化了风力发电系统在超过额定风速时的恒功率控制,具有抗干扰能力强、控制精度高的特点。     

基于LabVIEW的风力机最大功率点跟踪仿真研究

基于风力机的发电效率因环境风速变化而改变,本文选用LabVIEW为仿真平台建立风力机最大功率点的追踪系统。首先根据风力机的风能捕获输出功率公式,在LabVIEW平台上搭建了风力机系统模块、风力机控制模块、风轮转速调节模块、风速变化判断模块等。为了弥补传统扰动法存在的追踪精度等问题,利用变步长的扰动观测法对输出功率进行最大功率点追踪,使风力机的输出功率保持在最大输出功率。实验结果表明该系统在不同的仿真风速环境下,能有效的追踪风力机最大输出功率点。     

新型双馈风力发电机有功功率平滑控制策略研究

针对由于风能的不确定性、风力发电机的大惯性以及风力发电系统的响应延迟性等造成的风力发电机输出有功功率在一定范围内有波动的问题,提出了一种新型双馈风力发电机有功功率平滑控制策略。该控制策略在全风速范围内采用变浆与变速协调控制策略,并在其基础上增加了一个有功功率误差控制环节,将转子电压辅助控制指令值作为反馈量加入原来的转子电压控制指令值,通过控制SPWM脉冲发生器来实现风力发电机定子输出有功功率的平滑控制。Matlab/Simulink仿真结果表明,与传统有功功率控制策略相比,该新型有功功率平滑控制策略有效抑制了双馈风力发电机输出有功功率的波动。     

并网运行的直驱风力发电系统建模及仿真研究

在PSCAD/EMTDC中建立了包含风速、风力机、直驱同步发电机、轴系扭振模块、变流器及其控制部分的并网直驱风力发电系统模型,提出了基于最大风能跟踪控制结合变桨距控制的策略,研究了在变风速输入和网侧出现单相短路故障时直驱型风力发电系统的动态响应特性,仿真结果表明了并网直驱风力发电系统模型及其控制策略的正确性和可行性。     

Gain-scheduling control of a floating offshore wind turbine above rated wind speed

This paper presents an application of gain-scheduling(GS) control techniques to a floating offshore wind turbine on a barge platform for above rated wind speed cases. Special emphasis is placed on the dynamics variation of the wind turbine system caused by plant nonlinearity with respect to wind speed. The turbine system with the dynamics variation is represented by a linear parameter-varying(LPV) model, which is derived by interpolating linearized models at various operating wind speeds. To achieve control objectives of regulating power capture and minimizing platform motions, both linear quadratic regulator(LQR) GS and LPV GS controller design techniques are explored. The designed controllers are evaluated in simulations with the NREL 5 MW wind turbine model, and compared with the baseline proportional-integral(PI) GS controller and non-GS controllers. The simulation results demonstrate the performance superiority of LQR GS and LPV GS controllers, as well as the performance trade-off between power regulation and platform movement reduction.