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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

风力发电技术与功率控制策略研究

对风力发电技术进行综述,分析研究了变速恒频双馈风力发电机组实现风能最大捕获的功率控制策略,即当风速在切入风速和额定风速之间时,控制发电机转子励磁电流及频率,追踪最佳功率曲线;在额定风速和切出风速之间时,调节风力机叶片桨距角,保持额定功率不变.研究表明,基于风速的功率控制方法,提高了风力发电机组风能利用效率;同时,基于风向标和输出功率的偏航控制策略,能缩短风力机对风时间,提高风力机对风精度和使用寿命.     

风力发电机组桨距角鲁棒控制器的设计与仿真

在空气动力学原理基础上建立了变浆距风力发电机组非线性数学模型,以此为基础采用基于动态逆的非线性内模控制方法设计了风力发电机组在额定风速以上工作时的桨距角鲁棒控制律,以使输出功率维持在额定值附近。设计是针对风力机的非线性数学模型进行的,克服了基于局域近似线性化模型设计方法的缺点,适应工况点大范围变动的情形,而且对系统参数摄动具有良好的鲁棒性,求解过程相对比较简单。以一台额定功率为300kW的实际风力发电机组为实例进行了对比仿真,结果表明了该方法能够满足控制要求,具有较好的动、静态特性和鲁棒性。     

兆瓦级同步风力发电机变桨距控制策略研究

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,结合长星集团同步风力发电机组,对变桨距控制技术进行了研究,在额定风速以下时实行变速运行,控制发电机的励磁电流从而控制发电机的转速,使得风力机转速能够跟随风速变化,保持最佳叶尖速比使系统获得最大的风能利用系数;额定风速以上时,采用PID控制算法控制桨距角,使发电机输出功率恒定,并提出了实现方法;通过仿真工具进行计算机仿真,验证了本方法的有效性。     

变速风力发电机组最大风能追踪与桨距控制

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稳定输出功率进行研究。低风速时在传统风能追踪控制策略的基础上,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。在额定风速以上,依据风机空气动力学原理、风轮扫及面内风速风切特性,提出基于桨叶方位角信号的独立变桨距控制策略。该策略通过权系数将统一变化的桨距角转化为3桨叶独立变化的桨距角。以国产某2 MW风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对所采用的控制策略进行仿真验证。结果表明,相对传统控制,所提出的控制策略在低风速时能够更好的追踪最大功率点。额定风速以上时,使风力发电机组能够在额定转速下保持稳定的电功率输出。     

风轮机桨距角的数据驱动预测控制

数据驱动预测控制方法是数据驱动和预测控制相结合而产生的一种新型控制策略.传统的模型预测控制(MPC)方法使用的预测模型一般都是近似线性系统预测模型.在具有强非线性的工业过程中,数据驱动预测控制方法对系统模型要求更低,控制效果更好.针对额定风速以上风轮机桨距角的控制问题,利用输入输出数据在线设计控制器,将数据驱动预测控制方法较好的应用于风力发电系统中,实现额定风速以上系统的恒功率控制.仿真结果表明该方法能够成功控制风轮机桨距角,达到系统恒功率输出的控制目标,同时保持转速在额定值附近.     

变转速风力机额定风速以上的非线性控制 ——恒功率输出控制问题

讨论了额定风速以上时变转速风力机的控制问题,系统采用基于微分几何理论下的浆距角和触发角双输入控制,变转 速风机是一个带有大范围风速的多输入产多输出 非线性系统,通过坐标变换,使非线性系统转化为一个标准的线性系统。     

风电机组电动变桨距控制系统的优化研究

由于风速的随机性、不稳定性及气动效应的影响,使得风力发电机组变桨距控制系统具有非线性、参数时变性、强耦合等特点,难于实现高精度控制,导致风电机组输出电能质量较差。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能,分析了风电机组变桨距控制系统的现状,建立了整个风电机组模型,提出了优化的变桨距控制策略,并设计了基于模糊控制的变桨距控制器。仿真结果表明,独立变桨距控制技术的控制效果比统一变桨距好,实现了风力机各叶片的优化独立变桨距控制,优化了风力发电系统在超过额定风速时的恒功率控制,具有抗干扰能力强、控制精度高的特点。     

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.     

LPV动态补偿的风能转换系统变桨距控制

当风速超过额定值时,风能转换系统需要控制节距角来实现额定恒功率控制.同时控制电机电磁转矩使转速维持在其额定值以减少系统振荡.建立了风能转换系统的机理模型并得到其线性参数变化(LPV)系统模型;在多变量(MV)控制策略的基础上,设计了基于LPV模型的增益调度控制器,对节距角和电磁转矩进行动态补偿;基于dSPACE的风能转换系统硬件在回路仿真平台进行实验研究,结果表明补偿后系统的功率误差更小,电机转速及转矩的波动明显减小,体现了更好的动态性能.     

变桨距风力机特性模拟

变桨距风力机在不同风速下具有不同的运行状态和输入输出关系.文章根据空气动力学理论研究了风力机静动态特性;探讨了不同风速下,变桨距风力机的控制方案及运行状态;根据变桨距风力机不同的运行状态,设计了发电机特性和桨距角控制方案;在matlab/simulink环境下,建立了适应变桨距风力机全状态的模拟系统;在匀速风、阵风、渐...     

Intelligent control for large-scale variable speed variable pitch wind turbines

Large-scale wind turbine generator systems have strong nonlinear multivariable characteristics with many uncertain factors and disturbances. Automatic control is crucial for the efficiency and reliability of wind turbines. On the basis of simplified and proper model of variable speed variable pitch wind turbines, the effective wind speed is estimated using extended Kalman filter. Intelligent control schemes proposed in the paper mchde two loops which operate in synchronism with each other. At below-rated wind speed, the inner loop adopts adaptive fuzzy control based on variable universe for generator torque regulation to realize maximum wind energy capture. At above-rated wind speed, a controller based on least square support vector machine is proposed to adjust pitch angle and keep rated output power. The simulation shows the effectiveness of the intelligent control.