基于反馈线性化的液压型风力发电机组最佳功率追踪控制

液压型风力发电机组在额定风速以下时为获得最多电能,需随风速变化追踪最佳功率点.建立并网液压型风力发电机组仿射非线性数学模型,基于反馈线性化方法,分别以风力机转速和液压系统传输功率为输出,以变量马达摆角为控制输入,线性化系统,设计最佳转速与最佳功率追踪控制器,实现机组在额定风速以下随风速变化输出最佳功率.仿真结果表明,以液压系统传输功率为控制输出的功率追踪过程动静态特性较好.理论分析表明,控制器中高压腔压力变化率是否可以规划,是影响功率追踪过程稳定性的关键因素.     

BUCK变换器带恒功率负载反馈精确线性化控制

对BUCK交换器带恒功率负载系统的非线性控制进行了研究.根据恒功率负载的非线性特性,推导出BUCK变换器带恒功率负载的精确线性化反馈控制规律,设计了系统非线性控制器.用SABER软件对控制律进行了仿真,结果表明反馈精确线性化技术可以实现对BUCK变换器带恒功率负载的控制,在电源及负载大范围变化时,保证系统的稳定运行,具有大信号稳定特性.     

基于微分几何的风力发电机组恒功率控制

当风速超过额定值时, 可以通过降低风力机的转速实现恒功率控制从而避免使用复杂的变桨距机构, 本文基于微分几何理论设计了非线性控制器, 实现了变速风力发电机组的恒功率控制. 首先, 分析了风力机的空气动力学特性, 这是所提出的恒功率控制方法的理论依据; 然后, 通过微分几何反馈线性化变换, 将风力机的非线性模型全局线性化; 最后, 基于新的线性化模型设计了非线性控制器, 实现了变速风力机的全局精确线性化控制. 仿真结果表明, 所提出的控制方法在风速大范围变化的情况下能有效的实现变速风力发电机组额定风速以上的恒功率控制.     

大型风力发电机组变桨距控制技术研究

在研究风力发电控制技术中,变桨距控制因其特有的技术特点,常被用在大型风力发电机组中,以保证额定功率点以上输出功率的恒定和机组的安全运行.由于大型风力发电机组的非线性、时变、强耦合等特征,为进一步提高系统的稳定性,用加入单个神经元在线调整模糊控制查询表的变桨距控制算法;并用MATLAB软件对机组控制进行仿真.仿真结果表明,变桨距控制算法具有良好的静、动态特性,能较好地将功率限定在额定值附近.     

额定风速以上风力发电机组的恒功率H∞鲁棒控制

风力发电机组由于机械结构以及电气负荷承受能力的限制存在着转速限制和功率限制,额定风速以上时,需要通过控制桨距角来实现额定恒功率输出,同时保持转速在额定转速处.本文建立了风力发电机组的详细机理模型,将H∞控制理论应用到额定风速以上时风力发电机组的恒功率输出的控制器设计,建立了标准H∞恒功率控制问题.利用LMI方法求解,得到了桨距角的H∞控制器.仿真结果表明该H∞控制器能够成功实现额定风速以上时的恒功率输出控制,并且具有良好的鲁棒性.     

风力发电系统的恒功率非线性H∞鲁棒控制

风力发电系统传统控制器的缺点在于, 基于某一工况点的局部线性化方法无法实现全局范围的精确控制, 且传统的控制理论无法应对内外干扰. 本文将精确反馈线性化方法与线性H∞理论相结合设计非线性H∞控制器. 首先用微分几何精确线性化方法将非线性风电模型全局线性化, 然后运用线性H∞控制理论对此线性系统设计控制器, 将两者结合有原风电系统的非线性H∞变桨距控制器. 最后对12 m/s至24 m/s阶跃风, 12 m/至22 m/s骤变风, 18 m/s至20 m/s随机风, 以及风力机转动惯量下降10%的情况进行仿真, 能实现风机转速及输出功率的恒定. 验证了该控制器在全风速段的精确控制, 并且具有良好鲁棒性.     

额定风速以上风力发电机组的恒功率H∞鲁棒控制

风力发电机组由于机械结构以及电气负荷承受能力的限制存在着转速限制和功率限制, 额定风速以上时,需要通过控制桨距角来实现额定恒功率输出, 同时保持转速在额定转速处. 本文建立了风力发电机组的详细机理模型, 将H_∞控制理论应用到额定风速以上时风力发电机组的恒功率输出的控制器设计, 建立了标准H_∞恒功率控制问题. 利用LMI方法求解, 得到了桨距角的H_∞控制器. 仿真结果表明该H_∞控制器能够成功实现额定风速以上时的恒功率输出控制, 并且具有良好的鲁棒性.     

风力发电机组的变桨距复合控制

针对变桨距风力发电机组的强非线性和时滞特性,受参数变化和外部干扰严重,提出了基于前馈补偿和模糊PID的复合控制策略来实现变桨距功率控制.将模糊控制与常规的PID控制相结合,设计了模糊自整定PID控制器对控制参数进行在线调整.考虑风速是一个可测的主要扰动,设计了前馈补偿器,采用分段比例控制补偿一个适当的前馈桨距角,在额定风速以上时作用于系统,实现按扰动的快速补偿.变桨距控制系统采用S7-1200PLC作控制器,编写程序实现了变桨距复合控制.试验表明,系统抗扰能力强,控制效果良好.     

变桨距风电机组仿真模型与控制

针对变桨距风力发电机组,建立了包含风、空气动力、发电机、偏航系统以及桨距系统的模型,并对变桨距风力发电机组模型设计了控制逻辑和控制回路.偏航和变桨是影响发电机组功率的主要因素,在偏航模型和控制系统中充分考虑了偏航角的解缆问题以及风向突变时风机偏转方向的算法设计;在变桨模型和控制系统中,根据叶片的气动特性,进行了仿真.控制结果表明,设计的仿真模型和控制方案能够合理地展现变桨距风电机组的动态变化过程.     

反馈线性化在液压型风力发电机组功率追踪中的应用

以液压型风力发电机组为研究对象,为使功率追踪的过程平稳,研究机组的最佳功率追踪控制方法.本文利用反馈线性化方法解决系统非线性问题,以液压系统压力为控制输出,设计最佳功率追踪控制器,并提出一种反馈线性化方法的工程应用解决方案,即结合传统PID控制解决反馈线性化工程应用中依赖模型参数精度的问题.依托30 k VA液压型风力发电机组半物理仿真实验台进行仿真和实验研究,验证了该方法的可行性,为机组进一步研究奠定理论与实验基础.     

风电系统的非线性模糊恒功率控制器的设计

研究了风速高于额定值时风电系统的非线性模糊恒功率控制。由物理分析得出风电机组的二阶数学模型,采用微分几何的精确反馈线性化理论,对该二阶模型进行全局线性化,得到适用于全局范围的线性模型。应用模糊控制理论对新的系统写出模糊控制规则,进而得到原系统的恒功率控制器。在MATLAB/Simulink中搭建含该非线性模糊变桨距控制器的风力发电机组模型。对阶跃风和随机风分别进行仿真,均能实现风机转速及输出功率的恒定,由此验证了该控制器在额定风速以上的良好控制。     

Adaptive back-stepping pitch angle control for wind turbine based on a new electro-hydraulic pitch system

A new electro-hydraulic pitch system is proposed to smooth the output power and drive-train torque fluctuations for wind turbine. This new pitch system employs a servo-valve-controlled hydraulic motor to enhance pitch control performances. This pitch system is represented by a state-space model with parametric uncertainties and nonlinearities. An adaptive back-stepping pitch angle controller is synthesised based on this state-space model to accurately achieve the desired pitch angle control regardless of such uncertainties and nonlinearities. This pitch angle controller includes a back-stepping procedure and an adaption law to deal with such uncertainties and nonlinearities and hence to improve the final pitch control performances. The proposed pitch system and the designed pitch angle controller have been validated for achievable and efficient power and torque regulation performances by comparative experimental results under various operating conditions.     

大型风力发电机变桨控制系统设计

变桨距风力发电机已成为风力发电机组的主要研究和发展方向,文章以大型风力发电机组的变桨距系统为研究对象,通过对硬件系统的功能描述,设计了变桨系统的总硬件电路和伺服电路。在此基础上,为实现硬件电路的良好调节作用,对风机启动后变桨程序和调功程序的软件流程图作了详细设计。经过以上的软硬件设计,满足了大型风力发电机组变桨的控制要求。在实际应用中,获得了良好控制效果。     

风电机组变桨距模糊遗传控制算法研究

为提高额定风速以上风力发电机组发电机转速和输出功率的稳定性,基于风电机组的运行特性,建立了风电机组变桨距控制仿真模型;针对遗传算法收敛速度慢的缺点,采用模糊遗传算法对PID控制器参数进行整定。仿真结果表明,基于模糊遗传的控制器不仅提高了遗传算法的收敛速度,且在动态性能及系统稳定性方面均优于遗传算法控制器。     

Passivity-based control for variable speed constant frequency operation of a DFIG wind turbine

A standard passivity based control for a double fed induction generator of a wind turbine is presented. The control problem is posed as a variable speed constant frequency operation with the aim to maximise the generated electric power. The controller is designed in such a way that the dual control objective, unity power factor in the stator side and speed tracking in the mechanical port, are satisfied guaranteeing internal stability. The proposed scheme is the first attempt to approach the speed tracking operation from the energy dissipation (passivity) perspective. Simulation results show good performance of the control scheme for wind speeds in different operating regimes.