Maximum output power control system of variable‐speed small wind generators

This paper proposes a maximum output power control system for variable‐speed small wind generators. The proposed control system adjusts the rotational speed of a single‐phase AC generator to the optimum rotational speed, which yields the maximum output power according to the natural wind speed. Since this adjustment is performed on‐line in order to adapt to variations in wind speed, the rotational speed of the single‐phase AC generator is adjusted by controlling the generated current flowing in an FET (field‐effect transistor) device, serving as the generated power brake, which is linked directly to the single‐phase AC generator. In order to reduce heat loss from the FET device, a PWM (pulse width modulation) controller is introduced. An experimental model of the proposed control system was built and tested, and the validity and practicality of the proposed control system were confirmed by the experimental results. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 165(1): 9–17, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20692     

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。     

采用叶尖速比法和爬山搜索法相结合的风力发电系统最大功率点跟踪研究

在风力发电机控制中采用叶尖速比法,可以实现快速功率跟踪,但常由于风速测量值与实际风速值不一致,导致无法达到最大功率点。由于爬山搜索法不需要测量风速,所以采用爬山搜索法和叶尖速比控制法相结合来实现快速最大功率跟踪。当风速变化超过±1 m/s时,采用叶尖速比控制法,按测量风速计算出参考转速,迅速跟随,达到指定转速后,切换到爬山搜索法,实现精确的最大功率跟踪。在Matlab环境下,建立了永磁直驱式风力发电机模型,仿真分析了风速变化时,采用叶尖速比法和爬山搜索法相结合的方法能够实现最大功率快速而精确的跟踪,且具有很好的动态特性和稳态特性。     

采用叶尖速比法和爬山搜索法相结合的风力发电系统 最大功率点跟踪研究

在风力发电机控制中采用叶尖速比法,可以实现快速功率跟踪,但常由于风速测量值与实际风速值不一致,导致无法达到最大功率点。由于爬山搜索法不需要测量风速,所以采用爬山搜索法和叶尖速比控制法相结合来实现快速最大功率跟踪。当风速变化超过±1 m/s时,采用叶尖速比控制法,按测量风速计算出参考转速,迅速跟随,达到指定转速后,切换到爬山搜索法,实现精确的最大功率跟踪。在Matlab环境下,建立了永磁直驱式风力发电机模型,仿真分析了风速变化时,采用叶尖速比法和爬山搜索法相结合的方法能够实现最大功率快速而精确的跟踪,且具有很好的动态特性和稳态特性。     

Wind turbine emulator based on blade element momentum theory for variable‐speed wind power generation system

This paper proposes a wind turbine emulator (WTE) based on the blade momentum theory, and tests the variable‐speed wind power generation system using a pulse‐width modulation (PWM) converter to verify the accuracy of the emulator. The behavior of the wind turbine for natural wind is reproduced by the WTE based on the proposed theory. The variable‐speed wind power generation system employs a vector control system to control the torque and speed of the permanent magnet synchronous generator in the converter side. The windmill rotational speed is controlled to maximize the efficiency of the wind turbine against wind velocity. And the active power and reactive power are controlled in the inverter side, and the generated power is sent to the grid while controlling the DC link voltage to be constant at the same time. The behaviors of the WTE are compared with the simulation results and experimental results using a real wind turbine. These experimental and simulation results show that the test bench with the proposed WTE has sufficient performance and accuracy to verify variable‐speed wind generator systems. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于最优占空比的风力发电机MPPT方法研究

针对目前已有的最大功率跟踪(MPPT)控制方法的不足,为提高风力发电的最大风能利用效率,根据风力发电机和boost变换器的输出特性,在变风速条件下,通过给定最佳机械转矩,直接计算最优占空比,控制风机电磁转矩,实现最大功率追踪控制.针对GP-300和FD-5型直驱式永磁风力发电机,进行功率跟踪控制仿真实验,实验结果表明所提出方法的有效性和可靠性,并具有良好的工程应用前景.     

变速变桨风力发电机组塔架的侧向振动控制

针对结构阻尼很小的大型兆瓦级变速变桨(Variable Speed and Variable Pitch,VSVP)风力发电机组如何抑制塔架的侧向振动问题进行研究,提出在控制器的设计中,借助反馈增益并使用塔顶振动加速度测量值来确定附加的电机转矩设定点,并在反馈控制回路中使用椭圆带通滤波器和切比雪夫低通滤波器,进而改善塔架侧向振动阻尼。以某5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对该控制策略进行仿真验证。结果表明:所提出的控制策略能够有效降低塔架的侧向振动位移,且对叶轮转速和电机扭矩没有太大影响。     

大型风电场的集中功率控制策略研究

在分析变速恒频风力发电机组与大型风力发电场控制系统关系的基础上,提出风力发电场的集中功率控制策略。利用M atlab/S imu link环境,建立风电场功率控制系统的仿真模型。以风扰动为例,对风力发电场并网的有功和无功功率调节过程进行仿真研究。理论研究和仿真分析结果验证了风电场集中功率控制策略的可行性和有效性。     

基于风速预测的最大风能追踪控制系统仿真

为了使交流励磁变速恒频风力发电系统在无需设置风速计的情况下,双馈电机实现最大风能跟踪的目的,提出了一种新的基于神经网络的无风速检测方案。通过利用高斯径向基神经网络预测为最大风能追踪提供了一个准确的风速数据,从而准确获取最大功率点下对应的电机转子转速,以减少系统的损耗和成本,提高系统的可靠性。本文针对3.6MW风力发电系统的数学模型,建立了基于定子磁链定向矢量控制的系统仿真模型。结合风速预估和有功功率、无功功率的解耦控制实现了最大风能跟踪。     

变速恒频风力发电系统最大风能跟踪控制的研究

变速恒频机组可以根据风速调整发电机转速以获得更大的风能。本文首先介绍了风轮机的功率特性,然后比较了三种现有的最大风能跟踪控制算法的优缺点。以感应发电机为例,研究了一种用于最大风能跟踪的变步长爬山法,并采用MATLAB软件进行了仿真实验,仿真结果表明了该控制策略的正确性和可行性。     

基于功率预测的变速变桨距风电系统的优化控制

为了增强风电场主动融入大电网的能力,基于风速和功率的超短期提前一步预测,以最大风能捕获和输出功率平滑为优化目标,以发电机转速和桨矩角为控制变量,为了有效地减少桨矩角系统和机械系统的压力,制定了最小化控制标准,建立了相应的多目标优化模型。运用遗传算法求解出模型的优化解,将该优化解作用于风力发电机组来优化系统的性能。通过对1.5 MW的变速恒频风力发电系统进行仿真研究表明,与传统的最大功率追踪控制相比较,所提出的控制策略提高了发电机输出功率,同时抑制了输出功率的低频波动。     

PMSG风力发电系统转速估计算法的研究

提出了一种无传感器直驱式永磁同步风力发电机控制系统的转子速度估算法。该算法可由简单的定子磁通方程推导,且只需检测定子电压和电流。定子磁通估算通过基于定子电压模型的可编程低通滤波器而设计,建立了基于递归最小二乘法的电机转速辨识模型,并将实时辨识的电机转速用于转子位置观测和转子磁场定向矢量控制。仿真结果表明,实现了最大功率跟踪控制,验证了控制算法的有效性和可行性。     

SRG风力发电系统最大功率跟踪控制研究

以8/6极开关磁阻发电机(SRG)为例,基于电机的非线性特性提出一种基于模糊PI控制器的改进型转速反馈最大功率跟踪策略:通过SRG转速及其变化率,确定模糊规则自行整定PI参数,调节励磁电流,控制电机输出功率,使系统运行于最佳工作点。在Matlab平台上搭建基于最大功率跟踪策略的SRG系统仿真模型,仿真结果表明:外界风速稳定时,SRG转速和输出功率均可平稳保持在理论最佳值;风速变化时,SRG系统可快速实现自寻优,具备良好的动静态性能,验证了SRG仿真模型的正确性和控制策略的可靠性。     

基于超扭曲优化算法的风机最大功率跟踪控制

针对风力发电系统在低风速区采用传统控制方法具有风能转换效率较低、风轮转速跟踪实时风速的性能较差、发电机转矩波动范围较大等问题,提出了一种将超扭曲算法与最佳转矩法相结合的最大功率跟踪改进控制策略。为进一步改善控制性能,采用粒子群算法对控制器参数进行优化。最后以风轮角速度、发电机输出功率、发电机转矩、功率系数等为评价指标,通过Matlab/Simulink平台验证所提方法的可行性与有效性。仿真结果表明,所提控制策略在提高最大风能捕捉能力的同时可有效地抑制发电机转矩的抖振。     

基于ACPI的风力发电系统MPPT控制方法

针对直驱永磁同步风力发电系统存在非线性、参数不确定性以及转矩扰动等问题,研究了一种基于自耦PI控制理论的最大功率跟踪控制方法.该方法以转速跟踪为目标,将发电机内部动态与外部输入转矩的不确定性定义为一个总和扰动,从而将非线性不确定系统映射为未知线性系统,并构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统.据此设计了基于误差速...     

双转子永磁同步风力发电机的最大功率跟踪控制

针对通风管道系统,安装单台永磁同步风力发电机不能二次利用风能、风能利用率低,安装多台成本较高的缺点,提出一种具有前后两个半径不同的风机,且风机旋转方向相反的双转子永磁同步风力发电机.在分析双转子永磁同步风力发电机和传统最大功率跟踪控制的工作原理的基础上,得出前后风机风轮半径的关系、前风机作用下发电机输出功率和前风机的最...     

基于模糊控制的开关磁阻风力发电系统最大功率点跟踪控制

研究了基于风速跟踪的开关磁阻风力发电系统最大功率点跟踪二维模糊控制算法,确定了模糊变量的隶属度分布和相应的模糊控制规则,采用MATLAB/Simulink中的PowerSystems建立了开关磁阻风力发电系统最大功率点跟踪模糊控制系统的仿真模型,对风速阶跃变化、负载变化等工况下的开关磁阻风力机组运行情况进行了仿真,仿真结果表明所设计的开关磁阻风力发电机模糊控制器具有良好的鲁棒性,能使开关磁阻风力发电系统以优良的动静态性能实现最大功率点跟踪。     

Output power control of wind turbine generator by pitch angle control using minimum variance control

Effective utilization of renewable energies such as wind energy as a replacement for fossil fuels is highly desirable. Wind energy is not constant and wind generator output is proportional to the cube of the wind speed, which causes the power output of wind turbine generators (WTGs) to fluctuate. In order to reduce output power fluctuations of wind farms, this paper presents an output power leveling control strategy for wind farms based on both the mean and the standard deviation of wind farm output power, a cooperative control strategy for WTGs, and a pitch angle control method using a generalized predictive controller (GPC) intended for all operating regions of WTGs. Simulation results using an actual detailed model for wind farm systems show the effectiveness of the proposed method. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 154(2): 10–18, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20247     

计及风速扰动的含风电场电力系统相关性分析研究

针对风机接入电网对电力系统稳定性的影响,提出了一种利用相关分析的快速估计风电接入对系统关联程度影响的新方法,即通过创建风电机组模型研究风机转速与风速关系.仿真案例表明,采用该方法可以快速、有效地分析不同类型风速、不同接入地点风机对电力系统相关性的影响.     

永磁直驱风力发电系统最大功率跟踪非线性抗扰控制

针对永磁同步发电机的非线性、内部参数不确定以及外部扰动等问题,提出了一种直驱式永磁同步风力发电系统最大功率跟踪的非线性抗扰控制方法。该方法使用一种非线性光滑函数来设计非线性扩张状态观测器(NLESO)和非线性抗扰控制律。由NLESO来实现系统扰动及不确定性的估计,前馈到控制输入端对扰动进行补偿,从而有效提高了系统的抗扰能力。分析了NLESO的收敛性。仿真结果表明了该控制方法不仅具有响应速度快、控制精度高的特点,而且无超调无抖振现象,因而在风力发电系统最大功率跟踪控制领域具有较大应用价值。