双馈风电机组低电压穿越控制策略的研究

阐述了双馈式风电机组输入输出反馈线性化的控制原理和动态数学模型(包含变换器),用输入输出反馈线性化的非线性控制方法设计出新型的低电压穿越控制策略,并利用修改的WSCC-9节点系统对所设计的控制策略进行了仿真实验.实验结果表明,所设计的控制策略明显优于传统的矢量控制策略,增强了风电机组的低电压穿越能力,提高了风机并网点电...     

风储联合并网发电系统建模与运行控制

针对并网风力发电的随机波动,在风电场配置规模化电池储能系统,采用结构简单且控制性能良好的永磁同步风电机组,构建风储联合并网发电系统模型并实现其运行控制。基于最大功率捕获和有功无功解耦控制设计风力发电机组的控制系统,釆用定周期比控制策略和反馈线性化理论实现电池储能系统的功率传输控制。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了风储联合发电系统仿真模型,结果表明,釆用定周期比控制策略和反馈线性化理论设计电池储能单元可以快速跟踪参考控制指令,实现对风电功率波动的平抑,进而验证了所提出风储联合并网发电系统模型和控制系统的有效性。     

大型直驱风电机组快速响应优化控制策略

针对大容量风电系统风轮的大惯量特性所造成的系统在快速响应控制上的困难,基于风力机特性和永磁同步电机数学模型,建立风电系统的仿射性非线性模型,运用微分几何学原理及反馈线性化理论提出系统转速控制策略。在此基础上引入负载转矩前馈补偿的方法,形成一种易于物理实现的快速响应控制策略。具有较高相较于传统矢量控制策略及电压前馈解耦控制策略,所提控制策略在大容量风电机组快速响应控制问题上具有较高有效性和先进性。     

基于反馈线性化的永磁直驱风电机组低电压穿越控制

电网对并网风电机组有明确的低电压穿越(LVRT)要求,而永磁直驱风电机组实现LVRT功能一般需要增加额外的制动设备,增加了系统成本。针对这个问题,提出一种基于反馈线性化的永磁直驱风电机组LVRT控制技术。该控制策略不同于传统的变流器机侧控制功率、网侧控制直流母线电压的控制方案,而是根据发电机转速和直流母线电压之间的非线性关系,采用反馈线性化理论设计了变流器机侧的直流母线电压控制器,同时在变流器网侧实现了最大功率点跟踪控制。为了验证控制方法的有效性,搭建了永磁直驱风电机组原理样机试验平台,进行了试验研究,试验结果表明在电网三相对称跌落70%时,最大直流电压波动控制在了7%以内。因此,在这种新型的控制策略作用下,永磁直驱风电机组能够很好地实现LVRT功能,同时避免了使用额外的制动单元。     

变速恒频双馈风电机组恒功率非线性控制

为了有效减少变速恒频双馈风电机组额定风速以上时的功率和转速波动,提出了一种同时考虑桨距角和双馈感应发电机转子励磁电压调节的新型恒功率控制策略。在分析风力机特性和双馈感应发电机基本电磁关系的基础上,建立了变速恒频双馈风电机组的非线性数学模型,并利用反馈线性化理论设计了非线性控制器。仿真结果表明,所提出的控制策略与现存的仅...     

基于输入输出反馈精确线性化的三相APF控制

将输入输出反馈精确线性化控制方法应用于三相有源电力滤波器非线性控制中。首先建立三相有源电力滤波器的仿射非线性系统模型,推导出了其输入输出反馈精确线性化非线性反馈控制律,实现三相并联型有源电力滤波器有功补偿电流和无功补偿电流的解耦控制器设计。最后使用Matlab进行仿真验证,仿真试验结果表明,该控制策略能较好地实现APF的解耦控制,具有较好的补偿特性,经该控制算法补偿,谐波畸变率限制在2%以下。     

风机独立变桨减载模型预测控制研究

针对风力发电机组在额定风速以上运行时承受的不平衡载荷波动问题,提出了一种基于状态空间模型的独立变桨模型预测控制策略。首先基于风机仿真软件FAST对风电机组非线性系统线性化;然后将建立的线性时不变(LTI)模型与非线性风机系统对比验证预测模型的拟合度;最后建立FAST-MATLAB联合仿真的NREL5MW风机模型,在湍流风模式下进行仿真。所提出的控制策略与传统PI控制策略相比,在稳定功率的前提下有效地减少了不平衡载荷,提高了风电机组运行稳定性。     

非线性永磁同步电动机约束预测控制

针对永磁同步电动机在伺服系统中的非线性问题和约束控制问题,提出了反馈线性化(FBL)与线性预测控制(LMPC)联合控制策略。利用反馈线性化方法,将原非线性系统模型转换为线性模型;利用LMPC解决约束条件对系统性能的影响。该方法分别解决了直接采用非线性预测控制(NMPC)计算量大并且可能收敛于局部极小点的问题和传统约束控制(抗饱和方法)设计过程复杂、适用范围小的问题。对于该方法中存在的约束条件非线性映射问题,提出一种改进方法。仿真结果表明FBL与LMPC联合控制策略简化了约束控制系统设计,改善了系统静、动态性能,提高了系统实时性和鲁棒性。     

风电机组变桨距系统的反推滑模控制

传统的变桨距控制器在风速快速变化的情况下难以达到良好的效果,为改善系统的动态性能并实现恒功率输出,提出了基于精确反馈线性化(EFBL)的风电机组变桨距系统反推滑模控制方案。该方案首先将原非线性系统模型进行全局线性化处理,再将滑模控制和反推控制结合设计出反推滑模控制器(BSMC)。该控制器既保证了风机在高风速下具有良好的稳定性,又避免了单独使用传统反推设计方法带来的计算过程复杂的问题。仿真结果表明,通过与传统滑模控制器(SMC)进行对比,该方案有效地改善了风电机组变桨距系统的控制性能,能够很好地稳定风电机组的输出功率。     

高速永磁同步风电机组建模及其控制策略

为分析高速永磁同步风电机组的并网运行特性,建立了包括永磁同步发电机、双PWM变流器和电网电压跌落的风电系统模型。分析了其实现最大风能跟踪、低电压穿越的过程,建立了机侧、网侧变流器的矢量控制模型。运用MATLAB/Simulink建立了2MW机组仿真模型,对风速变化和电压跌落时机组运行状况进行了仿真,结果验证了模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。     

基于反馈线性化的交流直线永磁同步伺服电动机速度跟踪控制

根据三相交流直线永磁同步伺服电动机的非线性动态数学模型 ,采用状态反馈线性化的方法 ,建立三相交流直线永磁同步电动机闭环系统动态的输入 -输出数学模型。通过该线性化模型设计速度跟踪控制律 ,在保证整个闭环系统稳定的情况下 ,提高速度跟踪的快速性和精确性。最后 ,通过MATLAB 5 3进行计算机仿真实验研究 ,结果表明线性化后的系统模型是简单适用的 ,速度跟踪实现了快速性和精确性     

基于滑模观测器的永磁直线同步电机速度控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)在速度跟踪控制过程中因其模型具有非线性、参数时变性以及变量间的随机耦合等特点,导致电机速度跟踪控制精度低,提出了一种滑模观测器的永磁直线同步电机反馈线性化速度跟踪控制方法。首先建立了永磁直线同步电机的非线性模型,采用非线性坐标变换以及非线性状态反馈方法将电机系统进行了解耦处理,从而得到具有独立的非线性特点的电流和速度子系统。并设计了速度跟踪控制器,对反馈线性化所需要的动子加速度以及负载扰动信号,设计了一种扩张滑模观测器对其进行有效观测。仿真实验结果表明:该控制方法能够有效提高电机的速度跟踪精度拥有较好的鲁棒性。     

直驱永磁风力发电系统非线性控制策略

针对风电系统并网的多种控制要求,基于永磁同步发电机的损耗模型,建立了直驱永磁风力发电系统的非线性数学模型,并运用反馈线性化理论提出了多目标非线性控制策略。利用该策略在机侧实现了低于额定风速情况以下的最大风能捕获,并且调节有功直轴电流使其系统损耗最小;同时在网侧稳定直流母线电压和调节无功电流,满足了系统在正常状况下以单位功率因数并网运行的要求;而在电压跌落期间,能迅速提供无功电流,有利于电网电压稳定与恢复,具备一定的低电压穿越能力。仿真结果表明,所提出控制策略是有效而实用的,不仅兼顾了风电系统并网的实际运行要求,而且提高了系统的效率。     

基于精确反馈线性化的Buck开关变换器定频PWM滑模控制

基于非线性微分几何理论,提出了一种基于精确反馈线性化的定频PWM滑模变结构控制策略.应用脉冲波形积分法建立电感电流连续(CCM)开关变换器的仿射非线性系统模型;在满足精确反馈线性化条件下,采用状态反馈精确线性化方法,推导了非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,实现了变换器的线性化.以线性化后的布鲁诺标准型为新被控对象,采用指数趋近律设计了滑模控制器.仿真结果表明:该方法不但比传统PI控制具有更好的稳态特性、更快的响应速度、更强的抗干扰能力,而且优于基于微分几何的最优控制策略.     

有源电力滤波器状态反馈精确线性化控制

针对有源电力滤波器模型的非线性强耦合特点,提出了一种基于状态反馈精确线性化的非线性控制策略。采用状态空间平均建模方法建立了三相并联型有源电力滤波器的仿射非线性模型,并从理论上证明了所建立的模型满足状态反馈精确线性化的条件,推导出了非线性系统的反馈控制律,实现了原系统的状态反馈精确线性化。再利用线性系统控制理论设计了控制器,实现了原非线性系统的解耦控制。与PI控制的三角波调制控制方案进行仿真对比分析,验证了所提出的控制方案性能优越,各项性能指标均优于PI控制方案。     

基于反馈线性化原理的直驱风力发电机组控制系统设计

提出一种基于反馈线性化原理的控制策略来设计直驱型风力发电机组(D-DPMSG)控制系统。为了使系统稳定运行在最大功率区域和快速追踪最大功率特性曲线,建立了系统各部分的动态模型并推导出了该非线性控制策略。在随机风速扰动下,相对于传统的PID控制策略,基于反馈线性化原理设计的非线性控制器使系统的转速响应超调更小,响应速度和恢复速度更快,效果更好。最后,大量仿真证明了该控制策略在追踪最优功率曲线的有效性。     

基于超级电容的永磁直驱风电机组低电压穿越控制研究

通过分析传统永磁直驱风电系统的低电压穿越能力的原理与存在问题,其中选用超级电容储能系统与合适的控制策略,采用综合的网侧变流器控制方法,从而建立了相应的永磁直驱风电系统的仿真模型。仿真结果表明,采用超级电容储能系统与合适的控制策略,可以改善永磁直驱风电机组的低电压穿越能力。     

永磁直驱风电机组的直接电流矢量最优控制

永磁直驱风电机组采用传统的矢量控制策略虽然具有算法简单、实施可靠等优点,但也存在动态响应慢、控制链路存在耦合的问题。针对这个问题,提出一种永磁直驱风力发电机组的直接电流矢量最优控制策略。新型控制策略是在永磁直驱风电机组传统dq矢量控制基础上,略微改进了控制结构,结合最优控制理论原理,引入非线性约束,并同时应用到风电变流器机侧和网侧控制中,实现了最大功率点跟踪、无功功率输出控制和电网电压支持等功能。最后,为了验证控制策略的有效性,基于MATLAB/Simulink平台搭建了永磁直驱风电机组仿真模型,并使用了传统矢量控制器和新型控制器进行了仿真对比研究。计算结果表明,使用新型直接电流矢量最优控制时,各方面控制性能明显优于传统矢量控制。     

LCL并网滤波器的非线性阻尼控制

为提高LCL滤波并网变换器的控制性能,提出一种基于反馈线性化的LCL并网滤波电路级联非线性有源阻尼控制策略。该策略在三相LCL滤波并网变换器的仿射非线性模型基础上,采用级联的状态反馈线性化非线性控制方法,通过变换器网侧和桥臂侧有功电流、无功电流的全局线性化精确解耦控制,实现LCL滤波器的有源阻尼。所提非线性级联控制策略可消除LCL滤波电路的谐振尖峰,提升并网变换器的整机控制性能。仿真和实验验证了该控制策略的正确性和可行性。     

直驱永磁同步风电机组的最优功率运行控制

构建了直驱永磁同步风电机组的最优功率控制模型,包括低风速下的最大风能捕获控制模型和高风速下的桨距角控制模型.最大风能捕获控制以永磁同步发电机输出功率为反馈量,转速为控制对象,桨距角控制以转速为反馈量,桨距角为控制对象.在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了相应的仿真系统,对直驱永磁同步风电机组联网运行进行了仿真分析,对所建立的数学模型和最优功率控制方法的有效性进行了验证.