直驱式风电机组功率控制系统优化建模仿真北大核心CSCD

为使风电机组的实际输出功率最佳,提高风能的利用率,采用风电机组最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT),就是控制风力机在不同风速下的转速跟踪最优参考转速。但现有的MPPT控制策略虽然能实现最大功率点的快速,稳定跟踪,但控制精度过度依赖风速,功率等参数的准确测量。为了更好的实现最大功率点的快速有效跟踪,提出了模糊变步长MPPT算法,利用模糊推理的方法得到永磁同步风力发电机组的参考转速。通过对金风1.5MW直驱式风电机组进行仿真研究,结果表明改进控制算法能够使风电机组快速根据风速变化实现最大功率点跟踪,特别是与变桨距系统联合后,控制效果更加显著。     

一种实现风力机MPPT控制的加速最优转矩法

最优转矩法因其所需测量状态较少、易于实现的特点,被广泛应用于风力机的最大功率点跟踪(Maximum power point tracking, MPPT)控制. 传统的最优转矩法只考虑系统的稳态工作点,依靠系统本身的特性进行转速调节,在一定程度上限制了转速调节速度. 本文使用滑模变结构控制的思想,在最优转矩法的基础上设计得到 一种变结构控制器,增大了转速跟踪过程中的不平衡转矩,缩短了系统的调节时间. 仿真结果表明本文提出的改进方法可以获得良好的转速跟踪效果,从而提高风力机的风能捕获效率.     

低风速风力机最大风能追踪的互补滑模控制

针对风力机系统在最大功率点跟踪(MPPT)阶段易受风速等不确定因素的影响,为了进一步提高风力机的风能捕获效率,本文在滑模控制的基础上提出了一种互补滑模控制方法.首先,建立了含有干扰项的风力机系统的线性化模型,采用广义滑模面与互补滑模面相结合的方法设计了互补滑模控制器,并在理论上证明了此控制方法能够有效保证风力机转速跟踪误差的收敛性,且能提高转速跟踪精度.其次,采用风力机专业仿真软件FAST对美国可再生能源实验室(NREL)的600 kW风力机进行了仿真实验,结果表明本文所提出的控制方法不但能提高风力机的风能捕获效率,而且能有效减小转速跟踪误差.最后,将本文所提方法与现有常见的几种控制方法相比较发现:风力机系统在互补滑模控制策略下,具有更高的风能捕获效率和更小的转速跟踪误差.     

基于直流电动机的风力机特性模拟

首先分析了风力机吸收风能原理.以此建立了风力机运行特性的数学模型,给出了风力机运行的功率特性和转矩特性,并利用Matlab/Simulink实现仿真.采用直流电动机模拟风力机特性以满足实验室风力发电研究的需要,通过风力机与直流电动机的模型,对比研究了风力机与直流电动机运行特性的异同,制定了实现简单、特性优良的转矩模拟方案,通过控制直流电动机电枢绕组电流来实现风力机转矩特性的模拟.以此为基础在Matlab环境中组建了风力机特性的模拟系统.对风速变化及机组转速变化两种典型运行条件下的风力机运行特性进行了模拟,模拟结果与理论数据达到了高度的吻合.基于转矩模拟算法的风力机特性模拟方案,可方便地应用于实验室条件下风力发电技术的研究.     

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.     

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。     

双PWM直驱同步风力发电机最大风能捕获

以直驱同步风力发电机组为研究对象,为了提高发电机的系统的效率,降低电机的损耗,采用双PWM变流器拓扑结构,提出了一种最大风能捕获（MPPT）的控制方式。不需要风速信号、风机转速及与风力机系统参数有关的最大功率运行表格,仅需对输出功率进行跟踪计算,使得能达到捕获最大风能的控制效果。采用PSCAD／EMTDC软件进行仿真,仿真结果验证了控制方法的有效性。     

小型风电系统变步长扰动MPPT控制仿真研究

最大功率跟踪(MPPT)策略是提高风电系统功率转换效率的重要方法.文中提出了变步长扰动MPPT策略,并在MATLAB仿真环境中,开发了带有此策略的小型风电系统仿真模型.该模型包括风力机模型、永磁发电机(PMSG)模型、DC/DC斩波器模型、负载功率采样模型和MPPT控制模型等.利用该模型进行计算机仿真,给出了一定风速下负载功率和发电机输出功率的仿真结果.结果表明:实现了变步长扰动MPPT策略控制的仿真,与传统固定步长MPPT策略相比,提高了最大功率跟踪的快速性和准确性,进而提高了风能转换效率.     

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.     

带有速度观测器的风力发电系统风能捕获控制

为了最大化捕获风能和省去安装机械传感器的花费,提出了基于直接转矩控制理论框架的速度观测器风能捕获控制策略。这个策略能有效克服系统参数变化和风速波动不确定性的影响,实现风速跟踪控制。以2 MW直驱永磁风力发电机组作为研究对象,进行了仿真实验研究。结果表明,提出的控制策略可以实现快速风速跟踪和准确地估计转速,且对于风速变化的未知干扰具有较强的鲁棒性。     

变速恒频风力发电机最大功率控制的仿真研究

提出一种采用永磁电机作风力发电机实现最大功率输出的控制系统。通过控制发电机转速,使风力机按照最大功率点跟踪方式运行。在考虑电机损耗和变频器容量的前提下,通过最优定子电流矢量控制使发电机输出最大功率。     

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。     

基于双PWM协调控制的永磁风力发电系统研究

说明了直驱式永磁风力发电系统的基本组成和原理,分析了永磁风力发电系统最大功率跟踪的控制策略;设计了发电系统网侧变流器基于电网电压矢量定向、机侧变流器基于发电机转子磁链定向的背靠背双PWM协调控制结构.最后通过仿真验证了该系统的最大功率跟踪特性,并就仿真中PI参数设置的关键问题进行了说明,可有效防止转速比较控制中的转矩冲击问题.     

因果图研究双馈风电系统最大功率跟踪控制北大核心

针对双馈风力发电系统,首先对激励源-风速随机变化的特性,提出一种合理并符合实际生活的自然风的数学模型,其次根据双馈风力发电系统中的风力机各部件数学模型,利用因果次序图的求逆规则推导出风力机最大功率跟踪控制策略,搭建Matlab/Simulink模型,最后对控制参数进行整定以及优化。运行仿真模型,得到了风轮机输出功率、输出转矩、输出角速度、风能利用系数等信号的波形曲线。仿真结果表明,使风能利用系数在系统运行过程中保持最优值,最终体现在风轮机对风力捕捉能力,为驱动发电机提供最大输入功率,证明了上述方法的有效性。     

基于模糊控制的风力发电机出力控制

把风速和风力机转速作为输入，寻求出力最大的蓄电池电压，是控制带蓄电池负荷的小型风力发电系统的方法之一，所描述的控制方法是利用模糊理论，根据风速和风力机转速寻优蓄电池电压，从而控制发电机出力。首先测定风速和风力机转速，用模糊理论得出最优蓄电池电压，通过静电特性分析，确定系统特性，根据分析结果确定隶属关系和控制规则，最终给出控制模糊集，从而每出现一种风速和风力机转速的状况，就可以得到最有效的发电机出力，这一方面能够有效地利用风能，克服自然风品质差的缺点，对于小型风力发电机的应用意义极大。     

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.     

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...     

风力机偏航控制策略及系统设计

采用爬山控制算法控制风力机偏航机构,与常规的偏航控制系统必须依赖风速风向传感器不同的是,该方法不需要风速风向传感器装置,只要测量风力发电机的输出电压和电流,根据风力机输出功率的变化,不断寻找最大功率点,由DSP控制器发出指令调节偏航电机的起停和转向,通过减速传动装置,从而快速有效的控制机舱始终处于迎风状态。文中给出了1.5MW双馈风力机偏航控制系统的软硬件设计,用PSCAD软件进行了仿真。采用DSP控制器,实时性好,数据处理速度快,采用大的传动比,使得机舱具有对风快速、平稳特点。     

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.     

两路串行通信接口双主机转速单片机控制仿真

针对当前双主机转速单片机控制方法拟合度低、解耦性差的问题,提出基于FOC的两路串行通信接口双主机转速单片机控制方法。首先需对双主机转速信号进行采集,结合转速信号计算双主机转速传递函数,由此构建双主机转速的数学模型。根据双主机转速数学模型,对双主机的最大功率及双主机的转速值进行跟踪估计,将该值当作转速控制的定值,令双主机所捕获的机械功率、储能变化率以及电功率相加,得到双主机的机械功率;基于双主机机械功率上,利用FOC算法根据坐标变换,将两路串行通信接口双主机的定子电流做分解处理,分解成磁力电流和转矩电流分量,对其进行控制,实现了对双主机转速的单片控制。仿真结果表明,在对双主机转速单片机控制时,提出方法估计转速与实际转速的拟合度较高,并且当突加负载时能够快速的恢复到转速的给定值,当双主机无功功率变化时,转速没有任何波动,说明提出方法还具有较好的解耦性,验证了提出方法的优势。