开关磁阻风电系统最大风能追踪控制

根据风力机的特性，探讨了追踪、捕获最大风能的方法；针对开关磁阻电机的特点，提出了开关磁阻电机变速恒频风力发电系统最大风能追踪的控制方案；详细的仿真研究验证了该控制策略的正确性和可行性。     

基于自抗扰控制器的风力发电系统的最大风能捕获控制

根据自抗扰控制器的原理,设计了风力发电系统的最大风能捕获控制器。将风能转矩的不确定性与系统的摩擦不确定性统一视为系统的未知干扰,通过扩张状态观测器来估计,然后利用非线性反馈控制律进行补偿,使系统的控制律仅与系统的给定输入和输出有关,减少控制过程中的检测量,将复杂的控制过程简化。通过非线性跟踪一微分器的适当设计,实现了最大风能捕获,证明控制策略的可行性,同时通过参数的改变,验证了该控制方法的具有很强的适应性和鲁棒性。     

现代控制技术在风能转换系统中的应用

不同的风能转换系统具有不同的设计目标,控制系统是风能转换系统的重要组成部分,也是控制工程界一直十分关注的问题。然而,这类问题一直没有得到完善的解决,继续具有挑战性,大量的文献不断涌现。综述了近年来滑模变结构控制、微分几何控制、H∞鲁棒控制、最优控制、自适应控制、神经网络控制、模糊控制、专家系统及综合智能控制在风能转换系统稳定．最大风能捕获及调速系统控制等方面应用研究的主要成果与方法,并提出若干需要解决的问题。     

基于无源性理论的风力机最大风能捕获控制

讨论了具有随机性风速变化和非线性的风电系统的最大风能捕获控制问题,系统采用基于无源性控制方案下的浆距角和触发角双输入控制方案,通过选择适当的状态稳态特性和注入阻尼的方法,将风能的最大捕获与系统的全局稳定性相结合,设计出了一种对风速变化和参数摄动具有鲁棒性且使风电系统具有良好动态特性的控制系统。仿真结果显示,对于具有随机性风速变化和变参数风电系统,该控制策略可以实现风能的最大捕获。     

风力发电系统的H∞鲁棒控制

采用H∞混合灵敏度鲁棒控制原理，开发了风力机的转速控制器，提高了风力发电系统转速控制的抗干扰性，从而获得最大能量追踪的快速性和稳定性，使得风力发电系统能够捕获更多的风能，并最终提高风力发电的效率。在实验室开发了基于直流电力总线的风力发电实验系统，最后给出了控制器的仿真和实验的数据结果，验证了控制器的有效性。     

独立运行风力发电系统功率控制器的研究与设计

分析了风能的特性，通过对独立运行风力发电系统的特性和永磁同步电机数学模型的分析与研究，提出了通过调节电磁转矩-转速特性调节功率的一种控制策略，使风力发电机输出在额定风速以下自动跟踪负载用电量。运用此控制笨略采用单片机作为控制芯片，设计了用于控制发电机输出功率的电子调节装置，有效的解决了独立远行小型风力发电系统功率平衡问题。     

变速恒频双馈异步电机无源性控制

提出了变速恒频风力发电系统中双馈电机的无源性控制。系统采用能量的观点考虑双馈电机作为非线性控制对象,通过选择适当的状态稳态特性和注入阻尼方法,结合变速恒频风力发电系统控制要求,设计出一种既能保持定子侧单位功率因数运行、又可渐进跟踪期望定转子电流、转速的无源控制器,从而实现了系统的最大风能捕获。仿真结果表明,与传统的矢量控制相比,无源控制器具有很好的快速性和精确性。     

双馈风力发电系统的最大风能控制策略

在分析变速恒频风力发电系统最大风能捕获策略的基础上,提出了一种通过直接控制双馈发电机转子电流就可实现系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的控制策略.首先,在考虑风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,分别推导了双馈发电机定子铜耗最小化运行和最大风能捕获的数学模型.其次,根据双馈发电机最优转子电流的数学模型,建立了双馈风力发电机系统最大风能捕获的控制策略.最后,利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性.     

基于模拟平台的永磁直驱风力发电MPPT新策略

基于直流电机驱动低速永磁同步发电机的风力发电模拟平台,提出了一种各种风速下最大风能捕获(MPPT)新型实现方法,即由上位机模拟风场,基于最佳叶尖速比(TSR)控制永磁发电机的转速,直接控制直流电动机的功率来模拟风力机捕获的最大风能。基于这种控制策略,对各种风速下的永磁发电机无速度传感器控制、变桨距控制、最大风能的单位功率因数并网控制进行了仿真;在额定风速以下,进行了发电机侧MPPT实验。仿真和实验结果验证了这种永磁直驱风力发电MPPT新策略的正确性和可行性。     

风力和柴油联合独立发电系统仿真研究

为优化风,柴系统设计和改善控制系统,建立了风力和柴油联合独立发电系统的数学仿真模型,系统由风力机、柴油机、发电机、控制器、负载等组成.通过变桨距控制实现对风能的最大捕获,同时由负载频率控制实现对输出频率及电压的平稳控制.在风力充足时,由风力机独立发电对负载供电;在风力机捕获能量不能满足负载要求时,柴油机启动补充供电.仿真结果表明,该系统能较好地跟踪风速,且输出平稳,具有较好的稳定性和适应性,可以为独立电网供电.     

双馈风力发电系统最大风能追踪控制

在分析风力机功率特性和DFIG运行特性的基础上,通过对双馈机转速控制进行最大风能追踪具体过程的深入研究,提出一种基于最大风能追踪的双馈电机有功、无功功率的解耦控制方法。建立了基于发电机定子磁链定向矢量控制的双馈风力发电系统最大风能追踪系统模型,并利用PSCAD／EMTDC对其进行仿真,结果验证了控制策略的正确性。     

双馈风力发电系统最大风能追踪控制的研究

在分析了风力机功率特性和DFIG运行特性的基础上,通过对双馈机转速控制进行最大风能追踪具体过程的深入研究,提出了一种基于最大风能追踪的双馈电机有功、无功功率的解耦控制方法。建立了基于发电机定子磁链定向矢量控制的双馈风力发电系统最大风能追踪系统模型,并利用PSCAD/EMTDC对其进行仿真,结果验证了控制策略的正确性。     

垂直轴永磁同步风力发电机侧整流器的终端滑模控制

滑模控制在提高滑模面速度时会有较大抖振。文章设计了一种新型滑模控制器,该滑模控制器不需要微分估计器及额外的滤波装置,就可抑制系统的抖振。结合矢量控制技术,采用文章方法分别设计永磁同步发电系统的速度外环和电流内环的滑模控制器,保证转速和电流在有限时间内跟踪相应的给定参考,实现最大风能捕获。仿真结果表明:与PI控制器和线性滑模控制器相比较,该控制策略实现风力发电机侧的最大风能捕获的同时,提高了系统的动静态性能。     

基于奇异摄动模型的风能转换系统H∞容错保性能控制

在风能转换过程中，针对执行器故障、容错控制成本高等问题，设计了H_∞最优容错保性能控制器，并基于PI观测器进行了故障诊断。首先，将风电系统中存在的时滞、参数不确定、执行器故障等问题用奇异摄动LPV模型表达；然后，设计PI观测器进行执行器故障重构，并在H_∞性能指标和成本性能指标双重约束下，进行凸优化计算，得到最优容错保性能控制律。仿真表明，低风速时，控制器能有效跟踪最优风轮转速，实现最大风能捕获。     

变速恒频无刷双馈风力发电机的直接转矩控制

针对变速恒频无刷双馈风力发电系统,分析无刷双馈发电机的最大吸收功率与转速之间的关系,提出采用直接转矩控制方法,通过控制发电机转矩和功率因数来调节其有功功率,进而实现最大风能捕获,提高发电效率。此外,还针对无刷双馈发电机内部磁场关系复杂的特点,提出一种新型的速度观测方法,以两相静止坐标系作为参考坐标系,通过估算转子磁链同步旋转速度和转差速度来估测发电机转速,进而实现无速度传感器控制,以提高系统可靠性。由仿真结果可以看出,通过快速调节发电机转矩可以有效获得最大吸收功率,所设计的速度观测器也能快速准确地估算出发电机转速。     

第五讲风力发电机组的独立运行和互补运行

风能是我国目前开发利用比较成熟的一种新能源，风电事业正在我国蓬勃发展。为了帮助读者了解风力发电知识，我们请长期从事风力发电研究工作的中国科学院电工研究所倪受元研究员撰写了《风力发电》讲座，以飨读者。——编者 风力发电最有希望的应用前景之一是把它们用在无电网的地区，为边远的农村、牧区和海岛居民提供生活和生产所需的电力。由于风能的随机性和不稳定性以及负载情况的变化，使风电机组在独立运行时所要解决的技术问题，包括电能供求的平衡以及电能的质量等，比起并网运行来有更大的难度。本讲介绍风电机组常用的几种独立运行或与其它发电装置互补运行方式。 1 风力 /柴油联合发电系统 目前，在大电网难以达到的边远或孤立地区，通常的办法是采用柴油发电机组来提供必要的生活和生产用电。由于柴油价格高，加之运输方面的困难，造成发电成本相当高，并且由于交通不便和燃料供应的紧张，往往不能保证电力的可靠供应。而这些边远地区特别是海岛大部分有较丰富的风能资源，随着风电技术的日趋成熟，其电能的生产成本已经低于柴油发电的成本。因此，采用风力发电机组和柴油发电机组联合运行，为电网达不到的地区提供稳定可靠的、符合电能质量 (电压、频率等 )标准的电力，最大限度地节约柴油并减少对环境的污染，是世界各国在风能利用与开发研究中颇受瞩目的方向之一。特别是对发展中国家，由于电网尚不够普及，更具有广阔的应用前景。 现在世界上正在研究和运行的风力 /柴油发电系统的类型很多，但一般说来，整个系统不外乎包括以下部分，即：风力发电机组、柴油发电机组、蓄能装置、控制系统、用户负载及耗能负载等，其基本结构框图如图 1所示。下面重点介绍几种主要型式。     

交流励磁变速恒频风力发电系统矢量控制研究

基于双馈风力发电机的数学模型和瞬时无功理论,研究了转子侧变换器和网侧变换器的矢量控制策略,提出了双馈风力发电系统从空气动力学系统、机电系统、励磁控制系统完整的模型,以研究系统的暂态特性.以Matlab/Simulink为平台对系统的运行特性进行仿真.仿真结果表明,该控制策略满足变速恒频风力发电系统的要求,可实现最大风能跟踪控制和有功无功功率的独立解耦控制,并可改善系统的低电压穿越能力,实现不脱网运行.     

矩阵式变换器励磁的双馈风力发电机系统

该文建立了基于双馈电机的变速恒频风力发电系统模型。该系统采用矩阵式变换器作为交流励磁电源，利用定子磁场定向的矢量变换控制实现有功功率和无功功率的独立调节，采用最佳风能控制策略，使系统能够在不同风速下跟踪最大风能曲线，实现风能的有效利用。仿真结果展现了系统的优良特性，在一定程度上验证了该方案的正确性和有效性。     

浓缩风能型风力发电提水系统及其仿真研究

将浓缩风能型风力发电机组应用于提水系统,设计控制系统,满足功率控制和最大风能捕获的要求,应用Matlab/Simulink建立该系统仿真模型,对风速阶跃变化情况进行仿真,证明了该系统的合理性及控制策略的可行性和正确性.     

小型风电系统MPPT模糊／PID控制仿真研究

根据最大功率点跟踪的基本原理及常用风力发电控制系统的特点,提出了一种模糊／PID双模控制。具有在线参数调整的自适应占空比扰动法,该方法同步精度高,动态响应快,能迅速调整发电机与负载之间的功率匹配,减少最大功率点的振荡,使风力机以最佳叶尖速比运行。通过仿真实验表明,采用模糊／PID控制电路,能够快速准确的跟踪风力发电系统的最大功率点,改善最大功率点的振荡,减少能量损失,提高能量转换效率。