双馈风力发电机非线性模型预测控制

在现代风力发电厂中, 需对双馈式风力发电机(Doubly fed induction generator, DFIG)进行有效控制来确保高效率和高负荷跟踪能力. 风力发电厂包含很多不确定因素和非线性因素, 传统的线性控制器往往难以奏效. 本文针对双馈式风力发电机的功率控制提出了一种非线性模型预测控制方法. 文中的目标函数考虑了现实约束下的经济因素和设定值跟踪能力, 同时降低机组磨损和机械疲劳. 预测值可基于输入输出反馈线性化(Input-output feedback linearization, IOFL)策略来计算. 仿真实验结果验证了所构造的非线性模型预测控制器的有效性.     

双馈异步风力发电机功率控制扰动法仿真研究

双馈异步风力发电机有功功率、无功功率的解耦控制是变速恒频风力发电系统的关键技术,也是保证风力发电机组安全高效运行的关键.介绍了交流励磁变速恒频风力发电的基本原理,提出了功率控制扰动策略.利用定子磁链定向的矢量控制方法建立了双馈异步发电机在d-q坐标系下的数学模型,实现了定子有功功率、无功功率的解耦控制.推导了双馈异步发电机的线性化模型并分析了其特件.利用MATLAB/Simulink建立了系统的仿真模型,并就主要扰动参数对系统功率控制性能的影响进行了分析.仿真结果验证了功率控制扰动策略的正确性和可行性,为风力发电技术的进一步研究提供了理论依据.     

基于电流滞环的双馈风力发电机功率解耦控制

双馈风力发电(doubly fed induction generator简称DFIG)技术是目前风力发电的主导技术。本文针对DFIG的功率解耦控制,提出了基于电流滞环的PWM控制方法,解决了传统控制技术中控制算法过于复杂的问题。在MATLAB中设计了基于该方法的仿真系统。从仿真实验结果来看,该方法具有良好的实时性,对DFIG的控制有一定的实用价值。     

双馈感应风力发电机组的滑模直接电压控制

为解决PI矢量控制动态响应慢且依赖电机精确参数的问题, 本文将滑模控制与空间矢量调制结合, 提出了一种开关频率固定的滑模直接电压控制(SMDVC)方法, 以实现双馈感应电机(DFIG)的电网同步控制. 实验结果表明, 提出的SMDVC方法具有比PI矢量控制更好的动态性能, 即使在电网电压不平衡工况下, 也能较好地控制DFIG定子电压实现对电网电压的精确跟踪.     

双馈风力发电系统的非线性解耦控制

为了克服双馈风力发电系统基于近似线性化模型的分离控制方法动态性能差,抗扰能力弱的缺点,研究了双馈风力发电系统的精确线性化解耦控制.首先从电力电子装置与电机系统集成的角度,建立了双馈风力发电系统的统一模型;然后应川逆系统理论,推导出其逆系统模型,将其精确线性化成一个伪线性系统;最后运用内模控制理论对其进行综合以提高系统的鲁棒性,实现了双馈风力发电系统的高性能控制.仿真和实验结果表明,该控制策略不仅可以加快系统的响应速度.保证系统的全局稳定性,而且还可以减少所需的直流滤波储能电容,提高系统可靠性.     

双馈感应风力发电机组的非线性变结构空载并网控制策略

采用矢量控制结合PI控制来实现双馈感应发电机并网时,电机的各种磁链以及电压电流交叉耦合补偿部分都会降低电网电压跟踪的速度,使动态响应性能不够理想,令超调量增大.本文采用变结构控制与全状态反馈线性化解耦相结合的控制策略,来控制双馈感应发电机组的空载并网过程.在MATLAB仿真模型基础上,从空载并网时发电机定子电压对电网电压的跟踪、并网过渡过程中定转子电流变化情况,和并网后功率调节和最大风能捕获这3个阶段进行了仿真分析.最后将非线性变结构控制器与传统矢量控制外加PI调节控制的仿真结果进行了对比分析.结果表明,采用全状态反馈线性化变结构控制的双馈感应风力发电机组,可以实现发电机的平滑并网,并网效果较好,定子电流对电网冲击小,转子电流实现比较平稳的过渡.并网后,发电机能够有效地进行最大风能捕获,实现变速恒频发电和有功、无功功率的独立调节控制.通过与传统矢量控制的比较分析,可以看出,双馈感应风力发电机组采用状态反馈精确线性化变结构控制器比传统矢量PI控制器对电网电压跟踪速度更快,动态响应更快速、调节时间和超调量更小.     

矢量解耦控制级联式无刷双馈发电机研究

由于飞机三级式同步发电机存在CSD(恒速装置),增加了飞机重量,而且发电及容量不能做到很大.提出一种飞机串级式无刷双馈交流发电机系统,去掉了CSD,在发动机转速变化的同时调节控制绕组电流大小实现变速恒频的目的.论文在对串级式无刷双馈发电机定转子磁场进行分析、给出电压和转矩方程的基础上,针对串级式无刷双馈电机的高耦合、非线性和多变量时变性等特点,设计了矢量解耦控制器,实现控制绕组电压与电流之间的解耦,在Matlab/simulink环境下进行了仿真研究,结果表明:利用矢量解耦控制算法对无刷双馈发电机进行分析,实现了变速恒频发电;系统运行良好,具有较好的动态响应特性;所采用的方法是正确的、可行的.     

双馈电机的电流解耦控制研究

在基于定子磁链定向的双馈电机控制系统中,由于传统的稳态下的电压前馈补偿,转子电流dq分量存在小幅度振荡问题,本文中采用了一种新的考虑定子磁链微分的电压前馈补偿方法（文中方法B）,取得良好的电流解耦控制效果。仿真结果验证了该方法的正确性。     

双馈风力发电系统功率解耦控制策略仿真研究

研究风力发电机功率效率优化控制问题,由于外部风力环境变化较大,应保证变换器的稳定性控制。传统的控制方法不但动态和稳态性能差,而且控制策略比较复杂。为了改善控制效果,提高直流电压利用率,采用了SVPWM调制技术,并提出了一种功率解耦控制策略的双脉宽调制(PWM)变换器控制方案。网侧变换器控制直流母线电压的稳定并调节网侧功率因数,转子侧变换器进行矢量解耦控制,调节定子有功和无功功率。仿真结果表明,控制策略能够快速跟踪风速变化,维持直流侧母线电压恒定,输出的电流为正弦波,并且与电网电压同频同相,满足并网条件,实现有功和无功功率的独立调节,对并网风力发电系统的设计研究提供有意义的参考。     

双馈风力发电机阻尼控制方法的改进

为研究双馈风力发电机的低电压穿越特性,建立了磁链状态方程并求解其特征根。对几种典型的改进励磁电流控制方法进行分析,得出此类方法均是通过控制转子电流指令值来加快磁链的暂态衰减,从而提出在电流环参考值的基础上添加定子磁链暂态分量的补偿项,来改善系统欠阻尼特性,针对PI控制器对交流量调节能力有限,引入电流前馈补偿项,对其进行修正。仿真表明,改进的阻尼控制方法加速了暂态磁链的衰减,提高了故障穿越能力。     

改进型双馈风力发电机最大功率点跟踪策略

针对传统双馈风力发电机最大功率点跟踪极值搜索策略将正弦信号作为搜索信号而很难将正弦信号从总的输出信号中区分出来的问题,提出了一种利用风湍流作为极值搜索信号的改进型最大功率点跟踪策略。该改进策略对叠加风湍流的叶尖速比和功率系数进行傅里叶变换,获得相位差信息,从而确定叶尖速比变化方向,使双馈风力发电机达到最佳运行工作点。仿真结果表明,该改进策略可控制风力发电机转速较好地跟踪风速变化,实现了额定风速以下运行区域的最大风能捕获。     

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.     

电网故障下双馈风力发电机网侧变换器的高阶滑模控制

针对电网故障下对双馈风力发电机网侧变换器的影响,本文采用滑模变结构控制方法,提出了采用增加瞬时功率前馈补偿的高阶滑模变结构控制策略,为此首先简要的分析了双馈风力发电机中双脉宽调制（PWM）型变换器的结构和控制原理,然后根据网侧变换器的数学模型,提出对网侧变换器采用电网电压定向欠量控制,以实现交流侧单位功率因数和直流环节电压控制．提出的方法提高了系统响应速度,克服参数变化和外电压波动的影响．仿真结果表明了该策略的有效性．     

运输机低空重装空投增益自适应滑模控制

本文针对带有不确定性且不确定性边界未知的低空重装备空投过程控制问题,提出了基于增益自适应全局滑模的飞行控制方法.该方法采用反馈线性化技术对重装空投过程模型进行线性化,解决了空投模型的强非线性问题,在此基础上,设计了切换增益自适应全局滑模控制器,保证了系统在响应全程的鲁棒性,克服了滑模到达阶段系统初始误差对切换增益自适应过程的影响.提出了一种改进的增益自适应方法,解决了滑动阶段的切换增益过度自适应问题.基于Lyapunov理论证明了控制器的稳定性和鲁棒性.仿真验证了控制方法的控制性能和优越性.     

Nonlinear adaptive decentralized stabilization control for multimachine power systems

This paper presents a decentralized adaptive backstepping controller to dampen oscillations and improve the transient stability to parametric uncertainties in multimachine power systems. The proposed design on the i ^th synchronous generator uses only local information and operates without the need for remote signals from the other generators. The design of the nonlinear controller is based on a modified fourth-order nonlinear model of a synchronous generator, and the automatic voltage regulator model is considered so as to decrease the steady state voltage error. The construction of both the control law and the associated Lyapunov function is systematically designed within the design methodology. A 3-machine power system is used to demonstrate the effectiveness of the proposed controller over two other controllers, namely a conventional damping controller (power system stabilizer) and one designed using the feedback linearization techniques. Recommended by Editorial Board member Gang Tao under the direction of Editor Jae Weon Choi. This work was supported by the Korea Electrical Engineering and Science Research Institute, which is funded by Ministry of Commerce, Industry and Energy. Shan-Ying Li received the B.S. degrees in Computer Science and M.S. degree in Electrical Engineering from Northeast DianLi University, China, in 1997 and 2002, respectively. She obtained the Ph.D. degree in Electrical Engineering from Seoul National University, Korea, in 2008. She is a Post Doctor in North China Electric Power Research Institute, North China Grid Co., Ltd., China. Her research interests are in the areas of advanced control and stability applications on power systems. Sang-Seung Lee received the M.S.E.E. and Ph.D. degrees in Electrical Engineering at Seoul National University. Currently, he is with Power System Research Division of KESRI, Seoul National University, Korea. His interest areas are nonlinear/adaptive control theory, North-East Asia power system interconnection, distributed/small generation, distributed transmission/distribution load flow algorithm, regional/local energy system, PSS (power system stabilizer), and RCM (Reliability Centered Maintenance). Yong Tae Yoon was born in Korea on April 20, 1971. He received the B.S. degree, M.Eng. and Ph.D. degrees from M.I.T., USA in 1995, 1997, and 2001, respectively. Currently, he is an Assistant Professor in the School of Electrical Engineering and Computer Science at Seoul National University, Korea. His special field of interest includes electric power network economics, power system reliability, and the incentive regulation of independent transmission companies. Jong-Keun Park received the B.S. degree in Electrical Engineering from Seoul National University, Seoul, Korea in 1973 and the M.S. and Ph.D. degrees in Electrical Engineering from The University of Tokyo, Japan in 1979 and 1982, respectively. He is currently a Professor of School of Electrical Engineering, Seoul National University. In 1992, he attended as a Visiting Professor at Technology and Policy Program and Laboratory for Electromagnetic and Electronic Systems, Massachusetts Institute of Technology. He is a Senior Member of the IEEE, a Fellow of the IEE, and a Member of Japan Institute of Electrical Engineers (JIEE).     

Modeling and control of a cascaded doubly-fed induction generator based on dynamical equivalent circuits

This paper deals with the control of an autonomous cascaded doubly-fed induction generator operating in a variable speed constant frequency mode. The proposed structure is a full stand-alone generating system dedicated to isolated grids in embedded systems or in small-scale renewable energy systems such as windmill and hydropower generators. The study is focused on the CDFIG. Its behavior against several design parameters (numbers of pole pairs and rotor interconnection) is recalled. A model, based on dynamical equivalent circuits, is also given for the design of the controller. Finally, the synthesized controller is validated by simulations and experimental results.     

双馈风力发电系统最大风能追踪滑模变结构控制

针对如何实现双馈风力发电机最大风能追踪(MPPT)问题, 本文采用滑模变结构控制原理和定子磁场定向矢量控制原理, 提出了滑模控制的最大风能追踪方案. 为此首先简要的介绍了定子磁场定向矢量控制的原理, 然后根据风机模型的非线性提出了滑模控制最大风能追踪方案. 此方法实现了双馈风力发电机的有功, 无功功率的解耦控制. 提高风力发电系统转速控制的抗干扰性, 实现了变速恒频控制和最大功率点跟踪的快速和稳定控制, 从而捕 获更多的风能. 最后仿真结果验证本文提出的控制策略的正确性和有效性.     

基于非线性干扰观测器的飞机全电刹车系统滑模控制设计

飞机防滑刹车具有典型的强非线性、强耦合和参数时变等特点, 并且跑道环境的干扰容易对飞机的地面滑跑性能造成不利影响. 本文提出了一种基于非线性干扰观测器的飞机全电防滑刹车系统滑模控制设计方法. 首先, 考虑了实际刹车不确定性干扰条件下的防滑刹车动力学建模问题, 通过对高阶非线性刹车系统进行反馈线性化处理, 简化了基于严格反馈的模型. 其次, 基于对主轮打滑原因的深入分析, 设计了非线性干扰观测器对干扰进行在线估计, 并在控制律设计中引入补偿部分. 通过构造递归结构的快速终端滑模控制器来跟踪实时变化的最佳滑移率并建立稳定性条件, 实现了飞机全电防滑刹车系统的有限时间快速稳定并有效抑制了主轮锁定打滑. 通过在不同跑道状态下进行模拟仿真, 验证了本文提出的飞机防滑刹车控制策略可以有效地提高刹车效率.     

矩阵变换器励磁控制的无刷双馈风力发电系统

应用在双馈风力发电系统中的功率变换器必须具有功率双向流动的能力, 交直交循环变流器和交交矩阵变换器都可满足功率的双向流动要求. 而矩阵变换器能同时提供正弦的输入电流和输出电压, 输入电流可调节为超前、滞后或同相于输入电压, 输出电压可实现幅值、频率和网侧功率因数的独立控制. 利用矩阵变换器, 通过控制无刷双馈电机控制绕组的电压幅值、频率, 为风力发电系统提供励磁. 压频比控制器采用模型参考模糊自适应控制策略, 对电机的转速和功率因数进行控制. 采用DSP,CPLD构建了基于四步换流方案的矩阵变换器实验励磁系统, 仿真和实验结果验证了系统设计的正确性、可行性和稳定性, 为矩阵式变换器的实际应用提供了实验基础.