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。     

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制的研究

本文介绍了变速恒频风力发电系统的核心构件——双馈异步风力发电机的运行原理,围绕最大风能追踪控制原理,几种最大风能的常见追踪控制方法(包含最佳叶尖速比法、功率信号反馈法)两个方面梳理了风力发电系统中有关最大风能的追踪控制方式,就整体控制策略、算法实现、仿真结果三个环节,介绍了一种针对变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制的...     

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.     

电网故障下双馈风力发电机网侧变换器的高阶滑模控制

针对电网故障下对双馈风力发电机网侧变换器的影响,本文采用滑模变结构控制方法,提出了采用增加瞬时功率前馈补偿的高阶滑模变结构控制策略,为此首先简要的分析了双馈风力发电机中双脉宽调制（PWM）型变换器的结构和控制原理,然后根据网侧变换器的数学模型,提出对网侧变换器采用电网电压定向欠量控制,以实现交流侧单位功率因数和直流环节电压控制．提出的方法提高了系统响应速度,克服参数变化和外电压波动的影响．仿真结果表明了该策略的有效性．     

双馈感应风力发电系统新型功率控制策略研究

在风力发电功率优化控制问题的研究中,针对双馈感应风力发电系统稳定性问题,推导出双馈感应发电机转子d-q轴电流分量与定子无功功率及转矩之间的数学表达式,提出以定子无功功率和转矩作为参考输入的控制方法,得出系统功率转换的控制策略,建立了风电系统转子侧变换器的矢量控制框图.采用Matlab/Simulink,搭建了1.5MW风力发电系统的仿真模型.运行仿真模型,得到了双馈感应发电机转子电流,双馈风力发电系统的有功功率、无功功率及三相输出电流等信号的波形曲线.仿真结果表明,改进控制策略提高了系统的鲁棒性和输出电能质量,证明了控制策略的有效性和可行性.     

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.     

永磁同步发电机风能转换系统滑模控制仿真

针对由于风速的随机波动性而使基于线性定常控制器的风能转换系统稳定性较差的问题,提出了一种基于滑模控制的永磁同步发电机风能转换系统的设计方案;分析了该系统中风力机模型、传动装置模型和永磁同步发电机模型的建立原理,介绍了滑模控制策略的具体实现。仿真结果表明,该系统具有较好的速度跟踪特性,实现了最大风能捕获。     

不平衡电网电压下双馈风力发电系统强励控制

针对电网电压不平衡造成的双馈风力发电机(DFIG)定子有功和无功功率振荡、电磁转矩脉动、定、转子电流不平衡等问题,提出了一种双馈风力发电系统转子侧变换器强励控制方案。推导了不平衡电网电压下DFIG定子有功、无功功率的二次谐波分量在同步旋转坐标系中的表达式,并以此为依据设计了电压强励补偿环。分析了有功、无功功率,电磁转矩及定、转子电流二次谐波分量之间的关系,采用单一强励补偿控制器对不同控制目标进行切换强励控制。对1.5MWDFIG系统的控制特性研究验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

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。     

矩阵变换器励磁控制的无刷双馈风力发电系统

应用在双馈风力发电系统中的功率变换器必须具有功率双向流动的能力, 交直交循环变流器和交交矩阵变换器都可满足功率的双向流动要求. 而矩阵变换器能同时提供正弦的输入电流和输出电压, 输入电流可调节为超前、滞后或同相于输入电压, 输出电压可实现幅值、频率和网侧功率因数的独立控制. 利用矩阵变换器, 通过控制无刷双馈电机控制绕组的电压幅值、频率, 为风力发电系统提供励磁. 压频比控制器采用模型参考模糊自适应控制策略, 对电机的转速和功率因数进行控制. 采用DSP,CPLD构建了基于四步换流方案的矩阵变换器实验励磁系统, 仿真和实验结果验证了系统设计的正确性、可行性和稳定性, 为矩阵式变换器的实际应用提供了实验基础.     

Fuzzy observer-based control for maximum power-point tracking of a photovoltaic system

This paper presents a novel fuzzy control design method for maximum power-point tracking (MPPT) via a Takagi and Sugeno (TS) fuzzy model-based approach. A knowledge-dynamic model of the PV system is first developed leading to a TS representation by a simple convex polytopic transformation. Then, based on this exact fuzzy representation, a H_∞ observer-based fuzzy controller is proposed to achieve MPPT even when we consider varying climatic conditions. A specified TS reference model is designed to generate the optimum trajectory which must be tracked to ensure maximum power operation. The controller and observer gains are obtained in a one-step procedure by solving a set of linear matrix inequalities (LMIs). The proposed method has been compared with some classical MPPT techniques taking into account convergence speed and tracking accuracy. Finally, various simulation and experimental tests have been carried out to illustrate the effectiveness of the proposed TS fuzzy MPPT strategy.     

双馈风力发电机功率解耦的非线性控制研究

针对传统矢量控制双馈风力发电机动态解耦不佳现象及电机参数依赖性问题,提出基于滑模变结构控制和反馈线性化控制的非线性控制策略。分别对两种策略的控制原理和优缺点进行了详细分析。在PSCAD环境中,将非线性控制策略应用于DFIG矢量控制中,建立其系统模型。仿真结果表明：提出的两种策略均能实现双馈风力发电系统最大功率点跟踪以及有功功率和无功功率解耦。对仿真结果进行对比分析,发现基于滑模变结构的系统有较好的解耦效果,较强的全局鲁棒性,控制效果优于反馈线性化控制,为双馈发电机励磁控制系统的设计奠定了理论基础。     

带有内动态的离散不确定非线性系统的滑模预测跟踪控制

对于一类带有内动态的单输入-单输出不确定离散非线性系统,基于滑模预测控制技术设计了一个控制器.通过反馈校正和滚动优化技术,可以及时补偿不确定性的影响,提高了匹配和不匹配不确定项的鲁棒性.然后,通过滚动优化技术得到期望的滑模控制律.特别地,通过预测控制,滑模控制的抖振现象可以消除.最后,在不确定项的界未知的情况下,得到闭环系统的所有信号都是有界的,并且跟踪误差是鲁棒稳定的.仿真例子说明所提出控制方法的有效性.     

双馈型变速恒频风力发电系统的鲁棒控制

研究了双馈变速恒频风力发电系统的鲁棒控制问题. 采用定子磁场定向的矢量变换技术, 建立了系统非线性数学描述, 利用非线性鲁棒控制技术, 设计了能实现发电机输出有功功率和无功功率鲁棒解耦控制, 同时具有鲁棒干扰抑制作用的转子励磁控制器. 理论分析和仿真结果均表明, 所设计的控制器可以保证在风速变化、系统参数不确定性和外部干扰的情况下, 风力发电系统仍能安全可靠地最大获取风能, 并且输出恒频恒压的电量.     

船舶航向控制的多滑模鲁棒自适应设计

针对带有未知虚拟控制增益和常参数不确定的非匹配不确定船舶航向非线性控制问题,设计了一种新的多滑模鲁棒自适应控制算法.该算法利用神经网络来逼近系统模型的不确定性;应用逐步递推的多滑模控制算法降低了控制器的复杂性;尤其是采用Nussbaum函数处理系统中符号未知的问题,避免了可能存在的控制器奇异值问题;然后借助Lyapunov稳定性分析方法,理论分析证明了所得闭环系统全局一致最终有界,且跟踪误差收敛到零.仿真试验结果表明,该方法具有较好的控制效果.     

基于级联型具有旋转激励的平移振荡器系统的滑模控制

针对欠驱动具有旋转激励的平移振荡器(TORA)系统的控制问题,本文首次提出一种全局滑模控制方法,使闭环系统在整个控制过程对外界干扰均具有鲁棒性.相比已有控制方法,本文所提方法结构简单,便于实现;而且放宽了对外界干扰的假设条件,可实现闭环系统的全局滑模控制.具体而言,本文首先将系统模型变换为由两个子系统组成的级联形式;随后,针对内环子系统设计了一种虚拟控制输入,在此基础上构造了一种新颖的滑模面并设计了相应的滑模控制器;最后,通过严格的数学分析证明了闭环系统的稳定性及系统状态的渐近收敛性,利用数值仿真测试检验了本文所提方法的控制性能.通过与已有方法进行仿真对比可知,本文方法在镇定控制与鲁棒性方面均表现出良好的控制性能.     

一类控制输入饱和受限的不确定系统滑模控制

本文研究控制输入饱和受限情况下不确定系统的滑模控制问题,其中,被控对象同时存在状态矩阵不确定性和控制增益矩阵不确定性.设计了一种积分型切换面和一个具有特殊结构的滑模控制律,可以在参数不确定和控制受限影响下保证系统状态轨迹有限时间内到达指定的切换面,利用等价控制律方法给出了滑模动态渐近稳定的充分条件.数值仿真例子验证了本文算法的有效性.