变速恒频风力发电机组控制策略分析

通过分析变速恒频风力发电机组运行工况,构建低于额定风速时的转速控制环和高于额定风速时的功率控制环。转速控制环和功率控制环二者独立工作,很好满足了机组对系统控制功能的要求,仿真结果表明该控制策略可行。     

独立运行风力发电系统功率控制器的研究与设计

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。运用此控制策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,有效地解决了独立运行小型风力发电系统功率平衡问题。     

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。     

利用实测发动机瞬态转速波动估计平均指示压力

本文针对四缸发动机建立了四自由度有阻尼强迫振动数学模型和反求平均指示压力的数学模型。通过发动机瞬态转速测量，可为扭振分析、单缸熄火、稳态及动态测功、单缸功率(一缸熄火时)测定、气缸密封性等状态监测及诊断提供数据，还可为车辆及发动机开环自适应控制策略等提供必要的转速、扭矩数据。     

风力发电机组的自适应转矩控制及载荷优化

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降低传动链载荷进行研究。低风速时在研究了传统风能追踪控制策略的基础上,文中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。同时针对风力发电机组传动链的扭转振动,提出了基于发电机转速反馈滤波的转矩纹波控制方式。以2MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Blade软件平台对所采用的控制策略进行仿真研究。结果表明：所提出的自适应转矩控制策略能够更好的追踪最大功率点,同时采用转矩纹波能够降低传动链载荷     

永磁直驱风电机组有功功率预测控制方法研究

考虑到风能的随机性及直驱永磁风力发电系统的强非线性,将机组模型进行分段局部线性化,提出全风速范围内的有功功率多模型预测控制策略,在低风速段实现了最佳功率追踪,在额定风速附近实现了输出功率的平滑过渡,在高风速段实现了输出功率的平滑控制。为验证所提控制策略的正确性,对所提控制策略进行仿真实验研究。结果表明所提出的模型预测控制策略与传统PI控制策略相比,可很大程度地降低波动,能有效平滑控制发电机的输出转速和输出有功功率。     

一种直驱永磁风电机组的减载调频控制策略

文章针对风电并网容量增加导致系统调频能力不足的问题,提出了一种超速和变桨距协调的减载调频控制策略。首先给出了低、中、高3种风速模式的判定方法,然后通过设置初始功率跟踪曲线系数和调节桨距角实现直驱永磁风电机组的减载运行。在频率控制中,优先采用超速控制,当转速达到额定转速时,再启用变桨距控制,并且变桨距控制可分为低、中、高3种风速控制模式。仿真分析表明,基于所提减载调频控制策略,直驱永磁风电机组能在全风速范围预留一定比例的备用容量,实现双向频率控制,并能改善系统频率的暂态和稳态响应。     

基于混沌优化PID风力发电机组变桨距系统研究

变桨距控制是永磁直驱同步风力发电系统在额定风速以上限制功率输出的主要控制手段,文章基于风力机功率输出特性曲线,分析了永磁直驱风力发电系统变桨距控制在全风况下对应的控制策略。在额定风速以上时利用转速和功率相结合的双闭环变桨距控制系统,并在传统的PID控制器的基础上运用了混沌优化技术,用来减小在额定风速附近引起的输出功率波动及载荷突变的不利影响。通过Matlab仿真软件对混沌优化变桨距进行验证,仿真结果表明该变桨距控制策略响应速度快且鲁棒性强。     

永磁同步风力发电机转速桨距综合功率控制策略研究

控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键,文章在分析变速变桨距风力发电机特性的基础上,针对永磁同步风力发电机,提出了一种综合控制策略,研究了变桨距控制和基于转速外环、电流内环的电机侧矢量控制;并且对描述发电机工作过程的风速模型、空气动力学模型、机械传动模型、发电机模型、控制系统模型等进行了研究,基于Matlab/Simulink搭建了模型,对风速变化时机组运行情况进行了仿真,验证了所建模型的合理性及控制策略的正确性。     

风力发电技术讲座(四) 风力发电机组(2)

4调速 装置自然界的风速经常变化。风轮的转速随风速的增大而变快，发电机的输出电压、频率、功率也增加；当风轮的转速超过额定值时，有可能影响机组的使用寿命，甚至造成设备的毁坏。为使风轮能以一定的转速稳定地工作，风力发电机上设有调速装置。调速装置是在风速大于设计额定风速时才起作用，因此，又被称为限速装置。当风速增至停机风速时，调速装置能使风轮顺桨（风向与风轮旋转平面平行）停机。     

大型风力发电机组独立桨叶控制系统

设计出独立桨叶控制系统的机构方案，依据空气动力学分析，提出模糊控制结合以桨叶空间方位角作为主体因素的加权系数的控制策略，建立了系统模型，仿真结果表明，在风速高于额定风速时，作用在桨叶上的负载波动大为减小，输出功率维持在额定功率附近。     

Output power leveling of wind turbine Generator for all operating regions by pitch angle control

Wind energy is not constant and windmill output is proportional to the cube of wind speed, which causes the generated power of wind turbine generators (WTGs) to fluctuate. In order to reduce fluctuation, different methods are available to control the pitch angle of blades of windmill. In a previous work, we proposed the pitch angle control using minimum variance control, and output power leveling was achieved. However, it is a controlled output power for only rated wind speed region. This paper presents a control strategy based on average wind speed and standard deviation of wind speed and pitch angle control using a generalized predictive control in all operating regions for a WTG. The simulation results by using actual detailed model for wind power system show the effectiveness of the proposed method.     

载荷优化的海上漂浮式风电机组二阶滑模变桨控制

针对强非线性、强耦合的海上漂浮式风电机组动力学系统,提出一种基于二阶滑模的统一变桨控制策略,解决受海浪风速等随机干扰引起浮式支撑平台运动而产生的疲劳结构载荷及功率波动问题。构建漂浮式风电机组的不确定仿射非线性模型,基于风电机组“额定转速”设计积分滑模面,此“额定转速”不再是恒定值,而是取决于平台纵摇速度的变量,基于超螺旋算法实现二阶滑模变桨控制律。采用FAST和Matlab/Simulink联合仿真,所提出的方案与传统PI控制相比,对稳定高风速时风力发电机功率,抑制浮式支撑平台运动及减少叶根载荷具有更好的控制作用,对塔基也有较好的减载作用。     

改进灰狼优化算法在变桨距自抗扰控制中的应用

风电机组模型的不确定性以及风等外部干扰严重影响风电机组输出功率的稳定性,因此,将自抗扰控制器(ADRC)引入到风电机组变桨距控制中。当风速高于额定风速时,通过自抗扰变桨距控制策略有效调节桨距角,保证风电机组输出功率的稳定性。但ADRC参数繁多,仅靠专家经验进行整定比较困难。因此,文章提出将改进灰狼优化算法应用到ADRC中,完成参数的自寻优整定过程。仿真结果证明,经改进灰狼优化算法进行参数整定后的变桨距自抗扰控制系统能够对桨距角进行精确调整,并将输出功率快速稳定到额定值附近,具有较快的响应速度以及较好的抗扰动能力。     

风电机组的功率模糊控制系统研究

变桨距风电机组是一个高阶、非线性、强耦合、多变量时变的系统,其控制系统是综合性控制系统。在额定风速以上采用功率反馈的模糊控制策略,通过对桨距角的控制,改变气流对叶片的攻角,使风力机吸收的风能在一个相对的稳定值,从而实现发电机恒功率输出。仿真结果表明,模糊控制方法更具优越性,在风力发电系统中能取得较好的控制效果,系统具有较强的抗扰性和快速性。     

Autonomous BDFIG-wind generator with torque and pitch control for maximum efficiency in a water pumping system

This paper presents and analyzes the operation strategy for an autonomous wind energy conversion system oriented to water pumping. It consists of a wind turbine with a Brushless Doubly-Fed Induction Generator (BDFIG), electrically coupled with a squirrel cage induction machine moving a centrifugal type water pump. Because of no brushes and slip rings, the BDFIG is suitable for autonomous systems, which often work in hard conditions. Additionally, the power flow on the BDFIG principal stator could be driven from a fractional power converter connected on the auxiliary stator winding. This Turbine-BDFIG and Motor-Pump configuration provides a high robustness and reliability, reducing the operational and maintenance costs. The operation strategy proposes, for wind speeds smaller than the rated, to maximize the volume of water pumped based on the optimization of the wind energy capture. To do that, a sliding mode control tracks the optimal turbine torque by means of a torque control. Meanwhile, for wind speeds greater than the rated, a pitch control keeps the water pump within the safe operation area by adjusting the speed and power of the turbine in their rated values. To assess and corroborate the proposed strategy, simulations with different wind profiles are made.     

风电机组电液比例变桨距技术研究

针对风力机功率控制的重要性,设计了电液比例变桨距执行机构,并结合风力机设计软件Bladed组建成半物理仿真试验台。在此试验台上对提出的分段PID变桨距控制算法以及变速恒频和变桨距切换设定的控制策略进行试验研究。试验结果表明在风速高于额定值时,通过分段PID变桨距控制发电机输出功率稳定性高于常规PID,当风速在额定值左右变化时,变桨距和变速恒频切换正常,满足功率控制和最大风能捕获的要求。     

Maximum power point tracker of wind energy conversion system

In this paper, a simple control strategy for an optimal extraction of output power from grid connected variable speed wind energy conversion system (WECS) is presented. The system consists of a variable speed wind turbine coupled to a permanent magnet synchronous generator (PMSG) through a gear box, a diode bridge rectifier, a dc-to-dc boost converter and a current controlled voltage source inverter. The maximum power point tracker (MPPT) extracts maximum power from the wind turbine from cut-in to rated wind velocity by sensing only dc link power. The MPPT step and search algorithm in addition to the DC–DC and DC–AC converters PWM controllers are simulated using MATLAB-SIMULINK software. The obtained simulation results show that the objectives of extracting maximum power from the wind and delivering it correctly to the grid are reached.     

具有失速调节的变转速风力机的动态分析与控制策略

失速调节变车风力机是非线性而且在额定风速以上不稳定的系统,风力机的跟踪控制又是分段实现的,研究其动态特性和控制策略对风力机的稳定性和可靠性尤其重要,从风力机的动力关系出发,分析了风力机在额定风速上下的运行特性,确定了相应的跟踪控制方案,并对试验风力机进行控制设计,给出了不同方案的计算机仿真结果及比较分析。