变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制的研究

本文介绍了变速恒频风力发电系统的核心构件——双馈异步风力发电机的运行原理,围绕最大风能追踪控制原理,几种最大风能的常见追踪控制方法(包含最佳叶尖速比法、功率信号反馈法)两个方面梳理了风力发电系统中有关最大风能的追踪控制方式,就整体控制策略、算法实现、仿真结果三个环节,介绍了一种针对变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制的...     

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.     

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.     

新型双馈风力发电机有功功率平滑控制策略研究

针对由于风能的不确定性、风力发电机的大惯性以及风力发电系统的响应延迟性等造成的风力发电机输出有功功率在一定范围内有波动的问题,提出了一种新型双馈风力发电机有功功率平滑控制策略。该控制策略在全风速范围内采用变浆与变速协调控制策略,并在其基础上增加了一个有功功率误差控制环节,将转子电压辅助控制指令值作为反馈量加入原来的转子电压控制指令值,通过控制SPWM脉冲发生器来实现风力发电机定子输出有功功率的平滑控制。Matlab/Simulink仿真结果表明,与传统有功功率控制策略相比,该新型有功功率平滑控制策略有效抑制了双馈风力发电机输出有功功率的波动。     

永磁同步风力发电机组控制策略的仿真研究

针对直驱式风电机组全功率变流器双PWM背靠背式的拓扑结构,利用Matlab/simulink软件平台,搭建了包括风力机、永磁同步发电机、变流器等组件的并网型永磁同步风力发电机组的系统仿真模型,并根据矢量控制原理对机组及背靠背式变流器进行了控制策略的仿真研究.仿真结果表明,所采用的结合最大风能捕获的矢量控制策略实现了风电机组的变速运行、最大风能利用和有功、无功的解耦控制;验证了所建立的永磁同步风力发电机组模型以及采用的控制策略的有效、可行性,对于实践具有重要的指导意义.     

变速恒频无刷双馈风力发电机及其控制

通过对无刷双馈风力发电机工作原理和运行特性的分析,建立了无刷双馈发电机摹于转子机械坐标系的数学模型,将变结构控制应用到无刷双馈发电机有功功率与无功功率的解耦控制中,分析了其电磁关系和能量平衡关系.使用Matlab/Simulink软件对系统及其控制策略进行了仿真分析.仿真结果表明:变结构控制能够成功地实现风力发电中无刷双馈发电机有功与无功功率的解耦控制,在实现风能的最大功率捕获的同时,可以提供电网需要的无功功率,满足电力系统的需要.     

直驱式永磁风力发电机软并网与功率调节的控制集成

为实现直驱式永磁同步风力发电机无冲击并网与风能最大跟踪控制, 设计了一种软并网与功率调节一体化的控制集成装置. 基于广义功角特性, 提出了一种对逆变器输出功率进行直接控制, 从而实现最大风能跟踪的控制策略. 新的控制策略可使发电机的转速按所期待的动态运动, 因而具有良好的静态与动态性能. 另外, 该控制律中对电机参数具有很强的鲁棒性, 因而该控制器能适应各种不同参数的同步风力发电机, 成为同步风力发电并网与功率调节的独立装置.     

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。     

风力机控制策略对功率和转速变化的影响分析

为了掌握风力发电机控制策略对运行过程中风力发电机转速和功率流动的影响,在简要介绍与功率和转速变化有关的风力发电机控制策略的基础上,分析了采用不同控制策略的风力发电机功率产生的特点.重点阐释了风力发电机变桨矩控制方法对风力发电机组的功率流动、叶轮转速变化的影响.得出了不同控制策略下风力发电机功率流动方向、叶轮转速大小和方向的变化,以及叶轮转速变化的依据和限制.     

双馈风力发电机的最大风能追踪技术研究

如何提高风能的利用率,实现最大功率点追踪(MPPT)成为世界各国研究的热点。变速恒频(VSCF)双馈风力发电机作为当前风力发电的主流机型,对其MPPT研究更具有较强的现实意义。通过对风力机运行特性的分析,结合目前的MPPT控制方式,提出将模糊控制与改进的变步长扰动法结合来实现MPPT,并通过MATLAB仿真验证该策略的有效性及稳定性。     

双PWM直驱同步风力发电机最大风能捕获

以直驱同步风力发电机组为研究对象,为了提高发电机的系统的效率,降低电机的损耗,采用双PWM变流器拓扑结构,提出了一种最大风能捕获（MPPT）的控制方式。不需要风速信号、风机转速及与风力机系统参数有关的最大功率运行表格,仅需对输出功率进行跟踪计算,使得能达到捕获最大风能的控制效果。采用PSCAD／EMTDC软件进行仿真,仿真结果验证了控制方法的有效性。     

外转子永磁风力发电机变速直驱控制系统

为了提高风能利用率、风力发电能量转换效率,提出一种新型的外转子永磁风力发电机.建立了永磁发电机的数学模型,针对双PWM变频器的特点提出了控制策略对变流器进行控制,通过变流器交-直-交的变换,将发电机发出的变频变幅值交流电转化为可用的恒定频率的交流电,并通过对变流器的控制实现了最大风能俘获的功能.     

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。     

因果图研究双馈风电系统最大功率跟踪控制北大核心

针对双馈风力发电系统,首先对激励源-风速随机变化的特性,提出一种合理并符合实际生活的自然风的数学模型,其次根据双馈风力发电系统中的风力机各部件数学模型,利用因果次序图的求逆规则推导出风力机最大功率跟踪控制策略,搭建Matlab/Simulink模型,最后对控制参数进行整定以及优化。运行仿真模型,得到了风轮机输出功率、输出转矩、输出角速度、风能利用系数等信号的波形曲线。仿真结果表明,使风能利用系数在系统运行过程中保持最优值,最终体现在风轮机对风力捕捉能力,为驱动发电机提供最大输入功率,证明了上述方法的有效性。     

基于欧姆龙PLC的风电机组变桨距系统

在风力发电系统中。变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行,影响风力机的使用寿命,通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡,不但优化了输出功率。而且有效的降低噪音。稳定发电机的输出功率,改善桨叶和整机的受力状况。变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性。现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。     

无刷双馈风力发电机模型降阶

无刷双馈风力发电机中的3套绕组电流(功率绕组、控制绕组和转子绕组)产生的磁场在电机空间相互作用,绕组间复杂的耦合关系导致无刷双馈电机模型具有高维数特征.为了更有效地对无刷双馈风力发电机进行运行分析与功率控制,充分利用无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,实现模型降阶是必要的.研究了无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,建立了无刷双馈风力发电机的三时间尺度奇异摄动模型,为无刷双馈风力发电机的模型降阶奠定了基础.     

无刷双馈风力发电机模型降阶第Ⅰ部分:无刷双馈风力发电机的多时间尺度模型

无刷双馈风力发电机中的3套绕组电流(功率绕组、控制绕组和转子绕组)产生的磁场在电机空间相互作用,绕组间复杂的耦合关系导致无刷双馈电机模型具有高维数特征.为了更有效地对无刷双馈风力发电机进行运行分析与功率控制,充分利用无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,实现模型降阶是必要的.研究了无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,建立了无刷双馈风力发电机的三时间尺度奇异摄动模型,为无刷双馈风力发电机的模型降阶奠定了基础.     

智能全功率MPPT风光互补路灯控制器设计

针对一类普通风光互补路灯控制器转换能效低、稳定性差等问题,设计一种智能全功率MPPT风光互补路灯控制器.采用双MCU处理器PIC16F877A单片机为控制器核心,硬件采用模块化的设计方法,整个控制器由主控制模块、从控制模块、风力发电机智能升压MPPT模块,以及风力发电机点刹控制模块、太阳能智能升压MPPT模块、蓄电池充/放电模块、负载LED灯模块组成,在分析光伏电池和风力发电机最大功率点跟踪问题的基础上,采用风力发电机和太阳能智能全功率MPPT跟踪控制策略.最后,在实验室搭建测试平台,测试结果表明,控制器可以可靠稳定运行,跟普通控制器相比,其充电效率与能源利用能效提高22.1％,能够实现能源的最大化利用.     

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.     

基于LPV模型的风能转换系统增益调度控制

在额定风速以下,风能转换系统需要通过控制发电机转速使风能的捕获率最大.根据风速的多时间尺度特性,建立风能转换系统的非线性机理模型,进一步得到其归一化误差的线性参数变化(LPV)系统模型;为获取最大风能捕获和减少机械振荡,在PI控制策略的基础上,利用基于LPV模型的增益调度控制器进行动态补偿.仿真结果表明:补偿后系统的功率系数和叶尖速比追踪其最优值的精度更高,鲁棒性更好,体现了更好的动态性能.