基于状态反馈解耦控制的含DFIG电力系统低频振荡抑制研究

由于风力双馈感应发电机(DFIG)内部阻尼转矩不足,导致DFIG接入电力系统时会降低系统阻尼,增加发生低频振荡的风险。文章提出了一种状态反馈解耦的控制方法,该方法依据闭环电力系统状态空间模型,将DFIG视为反馈控制器,对其传递函数阵进行状态反馈解耦,实现对来自同步发电机角速度、功角和阻抗偏差矢量一对一控制,进而对整个含DFIG电力系统数学模型进行降阶,同时调节功角耦合参数C_g1、角速度耦合参数C_g2以及阻抗耦合参数C_g3提高系统阻尼比,抑制公共连接点(PCC)电压幅值变化,提高了对低频振荡的抑制能力。最后,以风电接入四机两区域间降阶模型为例进行仿真,并与传统的状态观测器方法对比,仿真结果验证了所提方法对提高整个系统阻尼比和降低节点电压幅值抑制低频振荡的正确性和有效性。     

双馈风电机全风况条件下小干扰稳定性分析

以双馈风力发电单机无穷大系统为研究对象,建立了风力机、双馈感应发电机、变频器控制系统及桨距角控制系统的数学模型和全阶微分代数方程式,用分析系统特征值和相关因子的方法研究闭环控制系统的小干扰稳定特性。研究得到全风况运行条件下系统的特征根轨迹及相应的振荡模式和阻尼特性,给出了各振荡模式和衰减模式与相应状态变量参与度的关系,为电力系统稳定器的设计提供了一定的理论参考。     

无速度传感器DFIG最大风能捕获终端滑模优化控制

针对双馈风力发电机(DFIG)这类复杂的强耦合、非线性系统,利用Backstepping终端滑模设计控制器实现最大风能捕获.采用微分跟踪器(TD)安排参考输入信号,解决初始误差大的问题.基于电流方程设计扩张状态观测器(ESO),对磁链和转速进行估计,以降低磁链和转矩脉动,实现无传感器运行,并对耦合等扰动项进行观测且加以补偿,从而简化Backstepping终端滑模控制器的设计.针对控制器和观测器中待整定参数较多的问题,利用萤火虫算法(FA)进行参数寻优.结果表明:该方案能够实现无静差跟踪,提高了系统的控制精度.     

改善区域间振荡阻尼的快速功率调制策略研究

提出一种通过双馈风机快速有功功率调制改善系统阻尼的方法。首先建立了双馈风机的数学模型,进而提出了单台双馈风机-无穷大系统小干扰稳定分析的一般方法。通过对含4机2区域系统开展特征值分析,找出区域间主导的振荡模式。类比同步机电力系统稳定器（PSS）的设计思路,给出设计双馈风机阻尼控制器的设计流程。暂态仿真结果表明在加装双馈风机阻尼控制器后,系统阻尼得到了有效提升,系统的低频振荡得到有效的抑制。     

无速度传感器DFIG最大风能捕获Backstepping终端滑模控制

以双馈风力发电机(DFIG)为研究对象,将两相同步旋转坐标系下的转子磁链定向数学模型看作两个子系统,分别设计Backstepping终端滑模控制器,实现最大风能捕获。设计一种基于非奇异终端滑模的DFIG转速和磁链观测器,采用高阶终端滑模面有效抑制抖振。仿真结果表明所设计的观测器和控制器均具有强鲁棒性,能实现无静差跟踪,系统响应快,稳态精度高。     

基于模糊控制的双馈风电机组次同步振荡自适应抑制策略

双馈感应发电机与输电线路串联电容补偿之间的次同步控制相互作用(SSCI)是引发双馈风电交流并网系统次同步振荡(SSO)的主要原因。该文通过建立双馈风电交流并网系统的阻抗模型,分析风电机组不同控制参数对系统SSO的影响程度,提出一种可等效电流环控制参数调整且兼顾基频控制性能的附加阻尼控制方法。为提升对振荡模态迁徙的适应性和鲁棒性,进一步将实时测频与模糊控制相结合,形成一种可根据振荡频率自动调整附加阻尼控制参数的SSO自适应抑制策略。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证该文所提出的SSO自适应抑制策略的正确性与有效性。     

带恒功率负载多电平Boost变换器的复合非线性控制

针对带恒功率负载的多电平Boost变换器,提出一种将非线性干扰观测器和自适应滑模控制器相结合的复合非线性控制策略。首先应用精确反馈线性化方法将模型转化为布鲁诺夫斯基标准形式。然后在保证大信号稳定的前提下,将自适应控制方法和非线性干扰观测器加入到滑模控制器的设计中,利用李雅普诺夫理论证明整个闭环系统的稳定性。仿真和实验结果表明,与双闭环PI控制方法相比,该控制策略具有更好的动态调节性能和更强的鲁棒性。     

基于新型变结构的交直流附加阻尼控制器设计

针对现有变结构直流附加控制器简化模型存在误差和控制器精度不足的问题,提出一种基于新型变结构的交直流附加阻尼控制器设计方法。首先通过状态观测器得到系统的状态变量,引入变结构控制理论,选取线性切换函数和指数趋近律,且结合二次型性能指标最优控制,设计抑制交直流输电系统区域间低频振荡的新型变结构直流附加控制器;为进一步提高系统稳定性,基于该方法设计发电机励磁附加控制器,实现机网协调控制;最后在PSCAD建立四机两区域仿真模型进行时域仿真,仿真结果表明该新型变结构附加控制器具有较强的鲁棒性和较好的暂态稳定控制性能,研究成果可指导工程实践。     

基于PSCAD的双馈感应发电机矢量控制研究

在各种风力发电系统方案中,双馈感应电机（DFIG）变速恒频风力发电系统以其独特的优点逐渐成为当今风力发电的主流。在分析双馈电机的数学模型及原理的基础上,建立了基于定子磁链定向矢量控制的双馈感应电机风力发电系统模型。运用目前国外广泛应用的电力系统计算机辅助设计软件PSCAD/EMTDC对该系统进行仿真研究,并分析风力发电机运行时的动态性能。仿真结果表明,该控制方式实现了定子端口有功功率和无功功率的解耦控制,具有良好的控制效果。     

无刷双馈风力发电机滑模功率解耦控制

首次采用现代控制理论中的滑模变结构方法研究了无刷双馈发电机(BDFM)运行时有功功率与无功功率的解耦控制,在状态方程的基础上,应用Lyapunov函数求得了有功功率与无功功率的滑模控制律,并在Matlab/Simu-link基础上建立了系统的仿真模型。仿真结果表明,滑模变结构控制能够有效的实现有功功率与无功功率的解耦控制,并实现了风能的最大功率捕获,证明了该控制策略的有效性。     

电力系统传动转矩控制器低频振荡控制方法研究

转矩控制器时常发生的低频振荡问题,不仅影响电力系统正常运行、对相关系统设备具有较大危害,而且电力系统参数的过快变化,也在一定程度上提升了低频振荡的控制难度,为此,面向电力系统中的转矩控制器,提出一种低频振荡控制方法。根据网压信号构建系统的状态空间模型方程,经初始化与重采样处理粒子集,依据粒子最优状态估计去除信号噪声,基于dq轴模型与网压网流得到信号序列,识别出低频振荡模式;采用网侧电压、电流基波分量以及输入电压,架构dq坐标下变流器模型,通过选取控制器状态变量,设计灵敏度检验策略,制定加权函数提取条件,得到低频振荡控制器。仿真实验阶段,通过发电机网压波形、变流器交流侧电压及电流波形、中间直流回路电压波形,验证所提方法能够较好地控制低频振荡现象,且有效抑制了发电机数量多少的影响。     

双馈异步风电机组机侧转速控制器的设计与仿真研究

双馈异步风力发电机组(DFIG)机侧(即转子侧)变流器作为其电控系统的核心控制部件,主要负责双馈感应电机的转速控制和发电机无功调节任务,但由于其具有非线性、强耦合等复杂特性,导致变流器的控制器设计十分困难。针对上述情况,提供一种DFIG转子侧变流器控制策略设计方法和控制参数优化方法,可通过调节转子侧电流大小实现双馈感应电机转速、无功的无静差调节;并以1.5 MW DFIG实际参数为模型,利用Simulink仿真软件对该控制策略进行仿真验证。研究结果表明：利用PI控制器可实现DFIG转速-转矩控制,发电机转子侧电流理论上可实现无静差跟踪。     

基于非线性干扰观测器的风电机组自适应反演滑模控制

为了提高风力发电系统最大功率跟踪控制的工作性能,根据大范围风速波动运行条件的特性,设计了一种基于非线性干扰观测器的自适应反演滑模控制器。针对风力机单质量动态模型中气动转矩不容易获取的特点,利用非线性干扰观测器进行气动转矩的实时估计。基于最佳转速法,设计了一阶滑模控制器和反演滑模控制器。结合不确定项的自适应控制,进一步抑制滑模控制器的输出抖振、平滑转矩输出。通过与传统PI控制和一阶滑模控制的仿真比较,验证了该文所述控制器的正确有效性。     

基于参数观测器的不确定混沌电力系统参数辨识

针对混沌电力系统参数辨识存在的稳定性差和易受干扰等问题,提出一种基于未知参数观测器的电力系统参数辨识方法。分析2阶电力系统和4阶电力系统混沌运行状态的数学模型,并分别针对这2种模型的稳定和混沌状态,将电力系统的未知参数看作系统的未知状态,利用非线性状态观测器和稳定性理论,通过构造非线性增益函数和辅助函数得到未知参数观测器,实现混沌电力系统的参数辨识。仿真结果表明该方法具有较好的辨识速度和精度,且具有较好的鲁棒性。     

双馈风机网侧自抗扰PD控制器性能研究

为了提高双馈风机网侧变流器的整流性能,改进了一种带自抗扰结构的非线性PD控制方法。建立双馈风机网侧的变流器模型,利用离散型PID控制器作为电流调节器在一定程度上抑制了网侧直流电压的振荡。在非线性扩张观测器的基础上,结合一种PD形式的非线性组合控制器,得到了基于自抗扰结构的网侧变流器。仿真结果显示,所用方法可在电网单相电压跌落情况下降低网侧直流电压中的纹波电压,提高双馈风机网侧的直流稳压能力;缩短整流的调节时间,提升双馈风机网侧的响应速度。这种自抗扰PD控制器的合理性和有效性得到了验证并适用于工程应用中。     

基于DFIG风电机组的MPPT模糊控制器研究

通过研究双馈异步感应电机(DFIG)风力机系统中模糊控制器调节转子侧转换器,提出一种最大功率点跟踪方法,以此在不测风速的情况下捕捉最大风能。通过在MATLAB/SIMULINK平台对10kW的双馈异步风力发电机进行仿真,给出仿真结果,并验证所提出的控制策略。     

基于定子电流的双馈电机变结构MRAS转速观测

提出一种基于定子电流的变结构模型参考自适应观测器,用于定子磁链定向的双馈风力发电机无速度传感器矢量控制系统的转速观测。该方法选取双馈风力发电机的定子电流测量值作为参考模型,定子电流可调模型由定子磁链及转子电流获得,利用两模型输出的叉积构造滑模面,转速信息采用滑模算法获得。理论分析和仿真结果表明所提方法具有较强的鲁棒性和令人满意的动静态性能。     

波浪发电系统功率优化LQG滑模控制

直驱式波浪发电系统浮子位置和速度存在物理约束,基于线性二次高斯控制,提出约束反馈优化功率方案。通过流体力学工具得到辐射力数据,建立系统状态空间模型。采用标准卡尔曼滤波器获得系统全状态量信息,构建最小性能指标函数,计算状态反馈增益;考虑建模误差,设计滑模控制器,利用Lyapunov函数证明系统稳定性,补偿系统模型失配时的状态量偏移及功率损耗;离线计算反馈增益并调整滑模变结构控制参数,降低控制策略复杂性。仿真结果表明,所提控制策略动态性能好、鲁棒性强,能保证物理约束并提升系统输出功率。     

双馈感应风力发电系统电流控制策略研究

由双馈发电机q-d坐标系下基本数学模型,推导出双馈发电机的转子电流和转子电压、磁链之间的关系模型。文章研究了双馈风力发电系统转子侧电流控制策略框图,计算选择PI控制器参数。利用MATLAB/SIMULINK平台自行建立了1.5 MW风力发电系统整体仿真模型。运行该系统模型,得到了双馈发电机转子电流、电压,滤波器输出电流及定子电压等信号波形曲线。仿真结果验证模型及控制器的正确性,证明PI控制器能够满足双馈风力发电系统的稳、准、快等性能指标。     

双馈风力发电机功率特性的理论分析及实验研究

在磁场定向矢量控制的基础上,对变速恒频双馈风力发电机的功率特性进行了理论分析,建立了双馈发电机功率因数、功角特性、有功功率控制的数学模型并讨论了控制参数和运行状态对功率特性的影响.仿真和实验结果基本一致,直观地反映了变速恒频双馈风力发电机的功率特性,验证了所提出的双馈发电机的功率控制模型的正确性.