应用扰动观测器的定桨距风力机转速控制

目前,定桨距风力机在大功率应用场合采用恒速运行,若能采用变速控制,则可大大提高风能利用率。由于气动转矩与转速、风速间的非线性关系影响,在高风速区定桨距变速风力机的转速系统已变成一个不稳定的非线性系统。提出采用扰动观测器对气动转矩进行估计和补偿,以消除系统自身的不稳定性,使系统变成一个稳定的线性系统,并基于RT-LAB半实物实验平台设计了风力机的转速控制系统。实验结果表明:定桨距变速风力发电机组能够在设计风速范围内稳定运行,机组完全依靠应用扰动观测器的变速控制就能同时实现低风速区的最大功率点跟踪和高风速区的恒功率控制。     

大型风电机组自抗扰转速控制

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,因此在风速变化时机组转速不能快速地跟踪最大功率点。为了提高风电机组在低风速下对风能的利用率,提出自抗扰转速控制策略。利用基于转速反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并采用扰动补偿的方法,将风电机组等效为一阶线性系统。基于自抗扰控制原理设计了系统的转速控制器。实时估计出机组捕获的机械功率并计算出转速给定值,采用转速控制器直接对转速进行控制。仿真结果表明,与采用传统的功率控制策略的机组相比,自抗扰转速控制策略在风速变化时对最大功率点的跟踪速度要快,机组对风能的捕获效率得到了提高,同时对风力机的参数依赖性小。     

异步风力发电系统动态稳定性分析的数学模型及其应用

分析了异步风力发电系统的特点,介绍该系统各部分模型的结构,根据风速变化的异步风力发电系统动态稳定性分析的需要,建立了在一定程度上反映风电场实际风速变化的风速时空模型。由于风力机与发电机的柔性连接,使得风力机动态数学模型大为简化,取适当的惯性时间常数,风力机可用一阶惯性环节表示。     

考虑惯性调频的双馈风电机组主动转速保护控制策略

双馈风电机组模拟惯性调频能响应系统频率变化、缓解大规模风电并网导致的系统惯性降低问题。但是转子储存动能有限,当转子转速下降到一定限值时风电机组将退出调频并恢复转速,这将引起系统频率二次跌落。文中首先对双馈风电机组在不同风速区内的惯性调频特性进行了分析,并量化分析了不同风速区内风电机组参与调频过程中的有效释放动能,然后提出了基于动能损失负反馈的主动转速保护控制策略。该策略根据双馈风电机组容量和实时运行工况调整转速保护控制器的比例—积分系数,使双馈风电机组随着转子转速下降逐渐退出调频过程,从而维持风电机组在释放动能过程中自身的稳定性,避免频率二次跌落。不同风速区内仿真结果验证了所提主动转速保护控制策略的有效性。     

双馈风电机组MPPT动态功率特性分析

为研究双馈风电机组DFIG最大功率跟踪MPPT动态特性,在Matlab/Simulink仿真平台上建立了功率信号反馈算法的风机MPPT控制模型。以矩形风速为例,理论推导了MPPT静态工作点的过度时间和风机输出能量的计算公式,通过仿真和理论分析了不同转子惯性对风电机组动态功率、转速、叶尖速比、风能利用效率的影响,结合转子动能阐述了双馈风电机组MPPT动态功率特性,指出风机惯性时间常数越大风能利用系数越低。最后比较了几种不同风速下的风机MPPT动态特性,结果表明,随机风的风机转速跟踪能力最差,阵风和渐进风的风机转速跟踪效果较好。     

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。     

兆瓦级风力机特性模拟器

针对传统的风力机特性模拟器只能对等功率风力机特性进行模拟的缺点,开发了一套新型的兆瓦级风力机模拟器实验平台。首先对实际风力机静态和动态转矩特性进行了分析,搭建了由变流器、异步电机和减速箱构成的风力机模拟实验平台,采用矢量控制方案分别对异步电机和发电机进行转矩和转速控制,使减速机输出的转速符合兆瓦级风力机实际运行的工况特性。在MATLAB/Simulink环境中,分别对风速变化和转速变化2种情况进行了仿真分析,结果表明该方案能准确模拟兆瓦级风力机的运行特性。     

现代水平轴三叶片风力发电机转速控制的优化

提供一种选择适合项目风况下的风力机,并找到风力机运行在最佳性能的方法,通过此方法提高风能的利用效率,实现风电厂投资收益最大化。通过研究风力机发电机转速、风速、最佳叶尖速比和发电机功率之间的关系,使用实际运行数据推算在运风机最佳叶尖速比,找到使风力机运行在该最佳叶尖速比的发电机转速-功率控制曲线。使用该曲线对风力机的发电机转速控制器进行优化,从而使风力机在更宽的发电机转速范围内,运行在最佳叶尖速比下,获取最大风能。使用该方法,结合真实风力发电厂案例,通过对在运机组的运行数据的分析,优化其发电机转速控制策略,最终达到了提升风力机发电量的目的,验证了该方法的可行性。该方法也可作为对风力机选型评估的参考。     

汽轮机涉网模型参数不确定性的频域分析研究

汽轮机涉网模型的参数存在着不确定性,对于不同频率的电网扰动,同一参数的不确定性对该频段的影响不同。从频域的角度,在电力系统低频振荡的频段范围内,分析包括蒸汽容积时间常数,再热容积时间常数,回热器惯性时间常数,不等率,主蒸汽压力等的汽轮机涉网特性参数对电网稳定性的影响。     

变速恒频双馈风电系统风力机转矩模糊PID控制

由于环境风速变化的随机性和不确定性以及风电系统非线性、强耦合的特点,如果采用传统PID控制,仅以特定的PID参数难以在不同风速下对风力机转速进行实时跟踪控制。在变速恒频双馈风电系统中,针对变速风力机非线性、转动惯量大的特点,根据风力机最大风能追踪特性,在低于额定风速下,提出了风力机转速跟踪的模糊PID控制策略,从而使风力机在最佳转矩下运行。通过仿真试验,验证了模糊PID控制的调节品质,表明其对非线性系统风力机具有良好的控制效果。     

基于异步电机的风力机模拟实验平台的研究

提出了一种风力发电系统研究和实验平台的设计方案,利用逆变器控制的异步电动机模拟风力机特性,驱动风力发电机运行.首先分析了风力机的功率和转矩特性,讨论了风力机的转矩模拟方案.通过给定风速和实测转速,按照风力机特性可计算出应输出的转矩.控制异步电机输出同样的转矩,便可实现风力机的模拟.异步电机采用了带有前馈解耦的间接磁场定向矢量控制,其dq轴电流可分别对磁链和转矩进行控制,其转矩响应可满足控制要求.在变风速和变转速两种典型运行条件下的实验结果表明,异步电机可以准确的对风力机特性进行模拟.该平台可方便地用于实验室条件下的风力发电系统研究.     

HCS策略在大惯性变速风力发电系统中的应用

大惯性风力机的系统输出功率与风力机的机械功率和储能的变化率相关联,常规的登山搜索(HCS)控制策略无法对大惯性风力机进行有效控制。提出的HCS策略是根据系统输出功率、系统储能及转速三者的变化量来对风力机进行控制的,无需最大功率曲线和风速值,就可以使风力机运行在最大功率点上。仿真结果证明了该方法的正确性。     

HCS策略在大惯性变速风力发电系统中的应用

大惯性风力机的系统输出功率与风力机的机械功率和储能的变化率相关联,常规的登山搜索（HCS）控制策略无法对大惯性风力机进行有效控制。提出的HCS策略是根据系统输出功率、系统储能及转速三者的变化量来对风力机进行控制的,无需最大功率曲线和风速值,就可以使风力机运行在最大功率点上。仿真结果证明了该方法的正确性。     

基于模糊PID的考虑风速变化的虚拟惯性控制策略

为充分利用风电功率支撑能力,有效缓解机组调频压力,提升电网频率稳定性,提出基于模糊PID的考虑风速变化的虚拟惯性控制策略。构建风机的数学模型,依据该模型分析风机各个组成部分的运行特性,并构建风速模型。在考虑风速影响下,分析风速变化对于风机虚拟惯性控制的影响,设计模糊PID控制器,自适应动态调整虚拟惯性系数,实现频率控制;为避免虚拟惯性的控制结果发生超调控制,采用粒子群算法优化PID控制器的控制参数,设计粒子群优化的模糊PID控制器,完成虚拟惯性控制,保证电网频率稳定。测试结果显示：考虑风速变化完成虚拟惯性系数调整具有较好的合理性,能够实现该系数随着风速的动态变化进行自适应调整;在故障扰动和负荷突变两种工况下,电网频率的控制结果较好,稳定性较高,满足控制需求。     

基于风机特性模拟的风力发电系统

分析了风力机和直流电动机的运行原理,给出了直流电动机模拟风力机的理论依据。提出了实现简单、特性优良的转速、转矩控制模拟方案,通过控制直流电动机电枢电流来实现风力机转矩特性的模拟。搭建了基于风力机特性模拟的直驱式变速恒频风力发电系统试验平台,实现了模拟风力机在不同风速、转速下系统的稳定运行状态,验证了模拟方案的可行性和正确性,满足了该风力发电系统并网逆变和最大风能追踪等方面实验室研发的需要。     

水轮发电机组的惯性比率

基于GB/T 9652.1—2007标准关于“水流惯性时间常数Tw与机组惯性时间常数Ta的比值”的规定,提出了水轮发电机组惯性比率RI的概念,给出了不同的RI对应的动态过程仿真结果,并对其进行了简要的分析。阐述了不同类型水轮发电机组惯性比率、负荷动态以及空载扰动的特性。     

兆瓦级风力机风轮静态特性模拟器的研究

提出一种新型小功率实验平台模拟兆瓦级风力机风轮特性的控制策略.通过对兆瓦级风机转矩特性等功率缩小和低转速特性的准确跟踪,实现风力机风轮静态特性的模拟.利用原动机侧变换器能够模拟兆瓦级风机缩比转矩特性,发电机侧变换器可准确跟踪风机低转速特性.分别针对风速和转速变化两种情况进行了分析,结果表明该方案能准确模拟兆瓦级风力机风...     

1000 MW机组甩负荷转速飞升特性仿真研究

对于大型汽轮发电机组,甩负荷是最恶劣的一种工况,它将引起机组转子转速飞升,进而威胁机组的安全性.借助Simulink仿真工具,对某型1 000 MW超超临界机组甩负荷转速飞升特性进行了仿真.定量分析了再热容积时间常数和转子飞升时间常数对调节系统动态特性的影响.结合现场试验数据对快速甩负荷（FCB）工况进行了仿真模拟和转速飞升预测.     

基于风力发电机典型控制策略的控制参数设计及稳定性验证

由风速变化引起的功率波动会对电力系统的稳定性以及风电系统变流器的可靠性等产生负面影响.文中基于风力发电机2种典型的功率平滑控制策略,即改进最大功率点跟踪控制和功率反馈控制,分别建立了从风速到输出功率、电磁转矩和转速的传递函数.然后,分析了风力机的稳定运行条件,合理设计了风力机稳定运行下变流器的控制器优化参数.此外,通过绘制系统的根轨迹以及分析随机风速下系统的Nyquist曲线和Bode图来进一步验证参数设计方法的合理性和可行性.最后,基于MATLAB/Simulink建立了永磁直驱风力发电系统仿真模型,检验所提出的控制器设计参数的效果.通过验证可知,优化设计下的参数能最大程度地跟踪功率、减小功率波动,同时保证风力机转速的稳定性.     

基于功率反馈的直驱式永磁发电机组最大功率跟踪控制

分析了风力机的运行特性,建立了直驱式永磁同步发电机组(D-PMSG)的数学模型。基于功率反馈的最大风能跟踪控制原理,引入前馈解耦控制和锁相环,通过变流器控制直驱永磁风力发电机的电磁功率来实现对风力机转速的间接控制,在无需检测风速和风力机转速的情况下实现了风电系统的最大风能跟踪和单位功率因数控制。在变风速环境下,通过仿真实验,验证了所采取控制策略的有效性。