双馈风力发电机功率控制方式的改进方案及验证

为了解决双馈风力发电机变桨电机容易故障失效的工程实践问题,提出了一种双馈风力发电机功率控制方式的改进方案。基于双馈风力发电机的数学模型,分析最大功率追踪系统的搭建方法。采用低转速时使用最佳叶尖速比法,高转速时使用最佳功率控制方案代替常用的最佳叶尖速比法转恒速控制。对两种方案创建MATLAB仿真,分析了最佳叶尖速比法和最佳功率控制方案的优缺点。仿真表明该方案较传统方案更有优势,可以减少变桨次数,明显提高变桨电机的工作寿命,与实际的解决方案相符。     

双馈风力发电系统MPPT控制

最大风能跟踪是风力发电系统重要的控制目标。在一定转速下存在一个最佳转速使风机捕获最大风能。将最佳叶尖速比和功率反馈法相结合,提出基于最佳功率—转速曲线的双馈风力发电系统MPPT控制策略,采用一种简单有效的方法获取定子给定最佳功率—转速曲线。然后采用功率闭环实现风机的MPPT控制。该方案避免了复杂的给定功率计算且结构简单易于实现。仿真和实验结果表明:系统具有良好的最大风能跟踪性能和稳定性,验证了方案的可行性和正确性。     

基于模糊神经网络的双馈异步风力发电机最大风能追踪控制研究

建立双馈异步风力发电机在两相旋转坐标系下的数学模型,并按定子磁场定向对模型进行简化。针对叶尖速比法很难测得准确风速的缺点,提出基于模糊神经网络的最大功率跟踪控制,并通过MATLAB进行仿真分析,结果表明该设计能使风力发电系统更快速和准确地跟踪到最大功率点。     

双馈发电机用于风力发电的控制策略分析

对双馈发电机用于风力发电的控制策略进行了分析,采取适当的控制使风车的叶尖速比处于或接近最佳值,从而最大限度地利用风能。     

永磁同步风力发电机的自抗扰控制

针对永磁同步风力发电机系统存在的建模误差、内部模型的不确定性、外界环境的多重扰动等问题,提出一种不依赖于数学模型、抗干扰能力强且易于实现的复合自抗扰控制方法。该方法以实现最大功率跟踪为控制目标,采用自抗扰控制,基于最佳叶尖速比调控电机转速,利用扩张状态器实时估计系统总干扰,且通过前馈通道进行干扰补偿,从而提高转速跟踪能力,并结合传统PI进行反馈控制,来提高系统运行的稳定性。仿真结果表明,在不同风速情况下,相比传统的PI控制方法,自抗扰控制方法能够更好地实现系统的最大功率输出,有效提高了系统的鲁棒性和抗干扰能力。     

无刷双馈风力发电机模糊直接转矩控制研究

针对无刷双馈风力发电机直接转矩控制转矩脉动较大的问题,提出一种对控制绕组磁链旋转角进行模糊控制与空间矢量调制(SVPWM)技术相结合的控制方法,调制合成合适的控制电压,对常规直接转矩控制进行改进,使直接转矩控制中的脉动转矩明显减小.该控制方法易于实现,仿真结果表明系统转矩脉动大大减小,控制性能得到了改善.     

提升无功调节能力的双馈式风力发电机转速变模式控制策略

分散式风电机组接入引起的配电网无功潮流变化易导致配电网出现电压偏差,由于配电网自身无功电压调节能力较弱,及时恢复母线电压到正常水平成为分散式风电机组的重要调节任务。提出一种以暂时牺牲最大风能追踪为代价的双馈式风电机组转速变模式控制策略。首先,以最大限度提高机组无功出力极限作为控制目标,寻求分散式风电机组向电网输送的无功功率最大值与风速、发电机转速间的关系,得到能使机组无功出力达到最大的发电机转速指令值;然后,根据控制目标及其他限制条件确定风电机组内部的无功分配方案;最后,结合传统控制算法制定双馈风力发电机转速变模式控制策略。PSCAD的仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

双馈风力发电机的矢量控制与直接转矩控制仿真研究

在对双馈风力发电机建模基础上,为了优化双馈风力发电机的控制策略,在Simulink环境下搭建变流器的矢量控制和直接转矩控制的仿真模型,研究两种控制方法对双馈风力发电机系统稳定性的影响。仿真结果表明矢量控制由于其通过解耦控制有功、无功,其对无功的控制效果较好,而直接转矩控制是对转矩的直接控制,其控制速度较快,故障情况下恢复能力较好。     

双馈风力发电机斜率控制特性分析

针对并网运行双馈风力发电机斜率控制系统结构及控制特性进行了分析。考察了控制系统对周边电网的影响。并进行电压骤降下的机电暂态特性动态仿真分析,姑果表明：双馈风力发电机在电压骤降下能够维持稳定的功率输出,有功功率输出减小,无功功率输出增加,但在双馈风机在运行所允许的范围内变化;同时在定转子功率交换过程中直流电压能够保持恒定值,系统稳定运行;此外,在电压骤降消失后．风机能够调节有功功率和无功功率输出,在机纽允许的功率输出范围内恢复初始运行状态;最后,双馈风机的斜率控制器应该合理进行选取,斜率过大将造成系统的低频振荡。     

A fuzzy controller for maximum energy extraction from variable speed wind power generation systems

The wind power production spreading, also aided by the transition from constant to variable speed operation, involves the development of efficient control systems to improve the effectiveness of wind systems. This paper presents a data-driven design methodology able to generate a Takagi–Sugeno–Kang (TSK) fuzzy model for maximum energy extraction from variable speed wind turbines. In order to obtain the TSK model, fuzzy clustering methods for partitioning the input–output space, combined with genetic algorithms (GA), and recursive least-squares (LS) optimization methods for model parameter adaptation are used.     

Speed control of grid-connected switched reluctance generator driven by variable speed wind turbine using adaptive neural network controller

In wind energy conversion system, variable speed operation is becoming popular nowadays, where conventional synchronous generators, permanent magnet synchronous generators, and doubly fed induction generators are commercially used as wind generators. Along with the existing and classical solutions of the aforementioned machines used in wind power applications, the switched reluctance generator (SRG) can also be considered as a wind generator due to its inherent characteristics such as simple construction, robustness, low manufacturing cost, etc. This paper presents a novel speed control of switched reluctance generator by using adaptive neural network (ANN) controller. The SRG is driven by variable speed wind turbine and it is connected to the grid through an asymmetric half bridge converter, DC-link, and DC-AC inverter system. Speed control is very important for variable speed operation of SRG to ensure maximum power delivery to the grid for any particular wind speed. Detailed modeling and control strategies of SRG as well as other individual components including wind turbine, converter, and inverter systems are presented. The effectiveness of the proposed system is verified with simulation results using the real wind speed data measured at Hokkaido Island, Japan. The dynamic simulation study is carried out using PSCAD/EMTDC.     

双馈型变速恒频风力发电机矢量控制模型的研究

从当前风力发电系统中使用恒速恒频存在的问题出发，提出了把双馈型变速恒频发电机应用于风力发电中，并且使用定子磁场定向的矢量控制方法研究双馈型风力发电机，建立了变速恒频风力发电系统的矢量控制数学模型，分析了风力发电机运行时的动态性能。结果表明风力发电机系统实行矢量控制后，发电机和原动机之间可以完全解耦，发电机定子电压的频率、相位与风速的大小无关，从而减少了对电网的冲击。     

含SVG的双馈风场风速变化条件下高频谐振问题分析

大规模风电并网导致宽频谐振问题日渐凸显,业内多认为电缆电容效应、控制器参数变化等是导致谐振的主要因素,而关于静止无功发生器(static var generator, SVG)、风功率变化与高频谐振内在因果关系研究尚未展开。针对低风速风场系统高频谐振问题,首先基于谐波线性化理论,考虑功率外环作用,建立SVG和双馈风机(doubly-fed induction generator, DFIG)的序阻抗模型。其次将风速变化纳入风机变流器建模,并建立空载电缆投入时风速变化与SVG阻抗的联系。然后利用阻抗交互揭示风机变流器阻抗变化对SVG阻抗特性的影响机理,指出区域内空载电缆投入后,低风速不仅降低系统在高频的鲁棒性,而且扩大了SVG高频负阻尼范围,导致系统高频谐振风险增加。最后,基于STARSIM-HIL搭建含SVG的双馈风场电磁仿真模型,并进行软硬件在环实验。实验结果证明了理论分析的正确性。     

双馈风力发电机组网侧变换器电压空间矢量电流滞环控制

利用电压空间矢量滞环电流控制(VSM-HCC)和变速PI电压控制,实现了变速恒频(VSCF)双馈风力发电机组网侧变换器功率双向流动和直流侧电压稳定的控制目的。电压空间矢量调制方法的引入,降低了变换器的开关频率,同时也保留了滞环控制响应快、简单及鲁棒性好等优点。通过增加负载电流前馈补偿环节,提高了系统的响应速度,有效抑制了直流侧电压的波动。仿真验证了该控制策略比传统的双闭环PI控制对外部扰动有更好的自适应能力和良好的动态性能,并示出与VSCF双馈风力发电机组进行联调仿真的结果。     

恒速风电机组极限切除时间的确定

为分析电网故障时恒速风电机组的暂态稳定性及其对电网的影响,首先,以等面积法则为理论依据.利用感应发电机的转矩-滑差曲线和机械输入转矩曲线,确定了感应发电机的极限切除时间;其次,考虑电网故障时刚性度较低的风电机组轴(采用双质块模型)的松弛所释放出的能量使感应发电机的加速而导致发电机的加速面积增大且大于其减速面积,因此恒速风电机组中感应发电机的极限切除时间小于单纯的感应发电机极限切除时间;最后,根据恒速风电机组所使用感应发电机的极限切除时间确定恒速风电机组极限切除时间.通过仿真分析得出恒速风电机组轴刚性度对机组极限切除时间的影响,随机组轴刚性度增大机组的极限切除时间增大,但是当轴的刚度系数增加到一定程度时,风电机组的轴就可看作单质块模型,机组的极限切除时间就不再增加.     

Dynamic response of doubly fed induction generator variable speed wind turbine under fault

The performance of doubly fed induction generator (DFIG) variable speed wind turbine under network fault is studied using simulator developed in MATLAB/SIMULINK. Simulation results show the transient behavior of the doubly fed induction generator when a sudden short circuit at the generator bus is introduced. After the clearance of the short-circuit fault the control schemes manage to restore the wind turbine's normal operation. The controller performance is demonstrated by simulation results both during the fault and after the clearance of the fault. A crowbar is used to protect the rotor converter against short-circuit current during faults.     

并网双馈风力机感应发电机效应研究

中国大型风电场的建立,使得大容量风功率需交流输电系统远距离输送。风力机通过含串联电容补偿的交流输电系统外送功率时,可能诱发感应发电机效应(Induction Generator Effect,IGE),威胁系统的安全稳定运行。建立了双馈风力发电系统模型,从理论角度分析了影响感应发电机效应的因素;采用复转矩系数法,计算了串补度、输电线路电阻及风速变化时,系统的电气阻尼,最后进行了时域仿真验证。研究结果表明,串补度的增大、风速的减小及输电线路电阻的减小可以增大系统的电气负阻尼。当系统等效电气负阻尼大于定子和输电系统等效正阻尼之和时,将导致输出功率发散振荡,即产生感应发电机效应。     

A study of generator system selection for large wind turbine generator system

This paper focuses on selection of wind turbine generation systems that include generators, converters, and gears. We study three systems: a permanent magnet generator (PMG) system, a doubly‐fed generator (DFG) system, and a synchronous generator (SYG) system in terms of the system efficiencies and running costs. The system efficiencies and running costs are calculated by considering the relationship between wind power and wind conditions. According to these results, the one‐step gear PMG system is the best choice for a large wind turbine system. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 161(1): 51–57, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20506     

风速突变工况下永磁风力发电机静态偏心磁场分析

为了研究风速突然变化对永磁风力发电机主轴的电磁力作用,特别是在已发生一定的主轴偏心的情况下风速突变对主轴的影响,利用数学表达式和仿真对气隙磁场进行了计算和分析。根据发电机气隙偏心故障时气隙磁场变化的特点,计算气隙磁导和磁场密度,并利用ANSOFT MAXWELL软件建立永磁风力发电机的二维模型,分析电流变化引起的电磁力及其对主轴的作用。仿真结果表明:风速突变引起的电流变化影响永磁风力发电机气隙磁密。转子偏心使发电机转子产生沿偏心方向的磁拉力,风速突变时转子收到的不平衡磁拉力比正常风速运行更大。