液压型风力发电机组最优功率追踪控制方法研究

为研究风力发电机组风能利用率,对液压型风力发电机组的风力机特性和液压主传动闭式系统进行建模分析,提出一种变步长的最优功率追踪控制方法.该方法根据风力机角速度和发电功率判断风力机运行区间,依据不同的运行区间对给定功率进行实时调整,通过控制发电功率间接控制风力机角速度,实现最优功率追踪控制.基于30kVA液压型风力发电机组实验平台进行仿真和实验研究.结果表明:采用变步长最优功率追踪控制方法,系统压力和发电功率可准确地跟踪风速变化,该方法具有良好的控制效果.     

变速风力发电机组调频控制策略研究

根据变速风力发电机组的运行特点,提出一种调频备用功率控制策略。在正常情况下,调整机组最优功率-转速曲线,使机组运行在次优功率捕获曲线上,减少一部分有功输出,留作调频备用功率;当系统频率变化时,通过调节桨距角和机组有功功率参考值,改变风电机组有功输出,参与系统频率调整。通过一个具体仿真算例分析了风电机组增加惯性响应控制、一次调频控制与备用功率控制等多种控制环节对系统频率的调节作用,并研究了当频率突变时有无AGC控制对风电机组调节特性的影响。     

基于遗传算法的风力机叶片优化设计

提出了多次迭代优化设定诱导因子初始值的方法,并以功率输出和年发电量最大为优化目标,在遗传算法的基础上对1.5MW风力机叶片进行了优化设计.为了改善风力机在低风速区域内的输出功率特性,对风轮转速进行了优化.结果表明:优化后,风力机叶片的弦长值得到大幅度的降低,达到额定风速后的功率输出情况也满足了定桨距风力机的功率控制要求,说明该优化方法可以加速搜索寻优过程并保证获得全局最优解;转速优化后,当风力机采用二级转速运行时,年最大输出功率比采用单一额定转速运行时可提高1.16%.     

基于Matlab/Simulink的风力机性能仿真研究

随着风力发电技术的发展,变速风力发电技术成为了风力发电发展的趋势。风力机作为变速风力发电机组的重要部分,其性能影响到风力发电机组的整体性能。根据变速风力机的静态性能特点,采用Matlab／Simulink软件对其进行建模,并给变速风力发电机组风力机输入模拟变速风速进行仿真研究,给出了风力机的静态性能数据和仿真波形。结果表明：通过调节影响风力机性能的各因素,保持发电机的转速与主导风速之间特定的最优比例系数,使得风力机保持在最佳叶尖速比下运行,跟随变速风速可实现最大风能捕获;对变速风力机的静态性能研究建模方法是正确可行的。     

基于PID控制的变速恒频风力发电机组液压变桨距控制系统研究

文章分析了变桨距控制原理,对变速恒频风力发电机组各部分数学模型进行了分析与研究,在此基础上,建立了变速恒频风力发电机组PID液压变桨控制系统仿真模型,在matlab/simulink环境下对未加PID控制器与加PID控制器两种情况下的系统进行了仿真研究。仿真结果表明,PID控制器能改善风力机桨距控制效果,更好地捕获风能,稳定风力机功率输出。     

海流能发电系统的负载控制仿真研究

基于海流能发电系统最大功率跟踪控制理论,设计以二极管整流-斩波-逆变结构为主电气结构的小功率等级海流能发电系统。系统负载控制器输出PWM信号调节DC/DC变换器,即调节系统负载特性,使得叶轮转速跟踪最优转速,实现系统最大功率跟踪控制运行。在系统数学模型的基础上,搭建Matlab环境下的系统仿真模型并进行仿真分析,仿真结果显示,系统具有良好的动态特性,通过调节负载大小的方法,叶轮实际捕获功率可较好地跟踪理论最大功率,实现系统最大功率输出。     

无刷双馈风力发电机组的自抗扰功率解耦控制

对无刷双馈风力发电机组稳态运行时的功率分配关系进行了详细分析,在此基础上确定了最大风能捕获的控制策略.将自抗扰控制应用到无刷双馈电机有功功率与无功功率的解耦控制,将功率控制系统分解为有功功率子系统和无功功率子系统,从而建立了风力发电机组完整的功率控制模型.基于Matlab/Simulink的仿真结果表明无刷双馈风力发电机组自抗扰控制成功实现了有功功率与无功功率的解耦控制,不仅能够实现最大风能捕获,而且可以根据电网的实际需求调节机组无功功率的输出,验证了控制算法的有效性.     

基于Matlab/Simulink的双馈感应风力发电机组建模和仿真研究

以双馈风力发电机组为研究对象,建立了包括风力机、传动部分、双馈感应发电机、定子磁链定向的矢量控制策略、最大风能捕获策略的整体数学模型;应用matlab软件中simulink工具,以建立的数学模型为基础搭建了双馈风力发电机组仿真模型,并以两次阶跃风速为例对所建模型并网后运行特性进行了仿真研究。实现了双馈风力发电机组的最大风能捕获和功率解耦控制,仿真结果表明,双馈风力发电机组具有良好的运行特性,同时验证了所建模型的正确性和有效性。     

基于Matlab/Simulink的永磁直驱风力发电机组建模和仿真研究

以永磁直驱风力发电机组为研究对象,建立了包括风力机、传动部分、永磁直驱发电机、矢量控制策略、最大风能捕获策略的整体数学模型;应用Matlab/Simulink工具,以建立的数学模型为基础搭建了永磁直驱风力发电机组仿真模型,并以两次阶跃风速为例对所建模型并网后运行特性进行了仿真研究。实现了永磁直驱风力发电机组的最大风能捕获和功率解耦控制,仿真结果表明,永磁直驱风力发电机组具有良好的运行特性,同时验证了所建模型的正确性和有效性。     

基于转速测量的风力机独立控制仿真

风力发电机组的主要部分由风力机和发电机所组成。为了尽可能的尊重实际风力机的物理特性及其运行的物理过程,需要分清控制对象并将风力机与发电机相分离,对其进行独立研究。并通过分析风力发电机组的额定工作点,将额定风速以上的桨叶节距角控制转化为风力机额定转速以上的桨叶节距角控制,最终经实验证实仿真方法实用性与正确性。     

风力发电的MPPT快速响应控制方法

为了提高风力发电的能量转换效率，根据风车的空气动力特性，要用到最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制方法。作者开发了一种新的MPPT控制方法，和以往的MPPT控制方法相比，主要不同之处是：(1)追踪步长根据风速的变化而变化，即变扰动MPPT控制方式；(2)为了消除逆变器死区所造成的风车功率波动影响，MPPT控制周期和发电机的转速是同步的；(3)电磁转矩对风车转速实行完全控制，即在适当的时候，给风车提供能量使其加速，使风车转速能跟踪快速变化的风速；(4)在MPPT的输出端使用低通滤波器来平滑风车转速控制的指令值。实验结果表明，本方法可以跟踪0．2Hz快速变化的风速，和传统的MPPT控制方法相比，当风速快速变动时，可以显著增加发电量，从而提高了风力发电的效率。     

风力机模拟平台的MPPT快速响应控制方法

作者开发了一种新的MPPT(Maximtm Power Point Tracking，MPPT)控制方法，和以往的MPPT、控制方法相比，主要不同之处是：(1)追踪步长根据风速的变化而变化，即变扰动MPPT控制方式；(2)为了消除逆变器死区所造成的风力机功率波动影响，MPPT控制周期和发电机的转速是同步的；(3)利用电磁转矩对风力机转速实行完全控制，即在适当的时候，给风力机提供能量使其加速，使风力机转速能跟踪快速变化的风速；(4)在MPPT的输出端使用低通滤波器来平滑风力机转速控制的指令值。采用风力机模拟平台的实验结果表明，该方法可以跟踪0．2Hz快速变化的风速，和传统的MPVT控制方法相比，当风速快速变动时，可以显著增加发电量，从而提高了风力发电的效率。     

Investigation of maximum wind power extraction using adaptive virtual lookup‐table approach

With the advance of power electronic technology, direct‐driven permanent magnet synchronous generators (PMSG) have increasingly drawn interests to wind turbine manufacturers. Unlike a fixed‐speed wind turbine, the maximum power extraction of a PMSG wind turbine is affected by (1) electrical characteristics of the generator, (2) aerodynamic characteristics of the turbine blades, and (3) maximum power extraction strategies. In an environment integrating all the three characteristics, it is found in this paper that the existing commercial lookup‐table maximum power extraction mechanism suitable to a DFIG wind turbine is not suitable to a PMSG wind turbine. Through the integrative study of all the three characteristics, this paper proposes a novel PMSG maximum power extraction design. The special features of the proposed strategy include (i) an adaptive virtual lookup‐table approach for PMSG maximum power extraction and (ii) an implementation of the peak power‐tracking scheme based on a novel direct‐current vector control configuration. The proposed maximum power extraction mechanism with a nested speed‐ and current‐loop control structure is built by using MatLab SimPowerSystems. Simulation studies demonstrate that the proposed PMSG peak power‐tracking strategy has superior performance in various aspects under both stable and gust wind conditions. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Dynamic wind turbine output power reduction under varying wind speed conditions due to inertia

The inertia of wind turbines causes a reduction in their output power due to their inability to operate at the turbine maximum co‐efficient of performance point under dynamic wind conditions. In this paper, this dynamic power reduction is studied analytically and using simulations, assuming that a steady‐state optimal torque control strategy is used. The concepts of the natural and actual turbine time‐constant are introduced, and typical values for these parameters are examined. It is shown that for the typical turbine co‐efficient of performance curve used, the average turbine speed can be assumed to be determined by the average wind speed. With this assumption, analytical expressions for the power reduction with infinite and then finite turbine inertia are determined for sine‐wave wind speed variations. The results are then generalized for arbitrary wind speed profiles. A numerical wind turbine system simulation model is used to validate the analytical results for step and sine‐wave wind speed variations. Finally, it is used with real wind speed data to compare with the analytical predictions. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Multivariable control algorithm for laboratory experiments in wind energy conversion

Advanced experimentation with wind energy conversion systems is described. The real time multivariable control of a wind turbine is designed for investigation of theoretical concepts and their physical implementation. The control system includes a speed controller and a disturbance estimator for enhanced robustness of the control system. In order to provide students with deeper understanding of wind energy and energy extraction, a maximum power point tracking algorithm is developed and integrated into the control system. The multivariable control system is implemented in a small wind turbine laboratory system. A power electronic interface is based on two DC–DC converters: a buck converter for control of the speed and a boost converter controlling the load voltage. Experimental results demonstrate effectiveness of the multivariable control system for a wind turbine providing maximum power extraction. The experiment can be reconfigured for teaching various control concepts to both undergraduate and graduate students.     

基于直流电机的风力机模拟技术研究

分析了风力机的运行原理,建立了风力机模型,制定了简单有效的转速、转矩控制模拟方案,搭建了基于DSP的直流电机风力机模拟平台,应用LabWindows/CVI开发了上位机界面。该风力机模拟系统应用于并网型变速恒频交流励磁双馈风力发电系统,实现了模拟风力机在不同风速、转速下的运行状态,满足了双馈发电机在同步、超同步、亚同步状态下运行以及进行风电系统最大风能追踪等方面研发的需要,可方便用于实验室条件下风电技术的研究。     

基于PSCAD/EMTDC的直驱式风力发电接入系统建模与仿真

针对频率可变的多极直驱式同步风力发电机接入系统,该文在考虑风力机大转动惯量的情况下,采用电网电压矢量定向和双闭环控制技术,实现了基于背靠背VSC换流器的有功无功独立控制。研究了不依赖于风速测量的直驱式机组最大功率追踪策略,桨距角控制器设计以及变风速下风电机组对电网的无功支持问题。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了该接入系统模型,阶跃和随机风速下的仿真结果验证了该模型的合理性及控制策略的有效性。     

Maximum Power Tracking Control for a Wind Turbine System Including a Matrix Converter

This paper focuses on maximum wind power extraction for a wind energy conversion system composed of a wind turbine, a squirrel-cage induction generator, and a matrix converter (MC). At a given wind velocity, the mechanical power available from a wind turbine is a function of its shaft speed. In order to track maximum power, the MC adjusts the induction generator terminal frequency, and thus, the turbine shaft speed. The MC also adjusts the reactive power transfer at the grid interface toward voltage regulation or power factor correction. A maximum power point tracking (MPPT) algorithm is included in the control system. Conclusions about the effectiveness of the proposed scheme are supported by analysis and simulation results.