基于无源性与自适应降阶观测器的双馈风力发电机控制

提出一种基于无源性与自适应降阶观测器的双馈风力发电机非线性控制方法。建立了双馈感应电机（doubly-fed induction generator,DFIG）的欧拉方程,将其分解为电气和机械2个无源子系统的反馈并联,在设计控制器时只需考虑电气子系统,简化了控制算法。采用非线性分析方法建立电流误差方程,设计了DFIG的转矩与转速控制器,推导出转子电压控制量。基于模型参考技术设计自适应降阶观测器辨识电机转速,并给出了速度辨识律,观测器的增益通过极点配置得到。仿真结果表明,所提出的无源性控制和自适应降阶观测器具有良好的动、静态性能;无源性控制能够实现定子侧有功、无功功率的独立调节;与传统矢量控制相比,无源性控制简化了控制算法,对电机参数及负载扰动具有很好的鲁棒性。     

基于无源性的感应电机控制系统设计

感应电机的无源性控制方法从能量的角度分析电机控制系统,具有形式简单、无奇异点、鲁棒性好等特点.本文给出了感应电机的欧拉方程并将感应电机系统分解为电气和机械两个无源子系统的反馈并联,从而说明在设计控制器时只需要考虑电气子系统,简化了控制算法.在此基础上,利用无源性控制原理,设计了电机的转矩和转速控制器.该控制算法具有全局稳定,系统鲁棒性较好的特点.仿真和实验结果均证明了用此算法构成的感应电机控制系统能很好地跟踪速度给定,具有较好的动静态响应能力.     

无刷双馈风力发电系统变阻尼无源性控制

在风速随机、间歇且不确定的风电场中,为实现风力发电机组最大输出功率的跟踪控制,使风力发电系统根据变化风速调节风机转子转速以达到跟踪控制目标。基于无刷双馈风力发电机abc三相静止坐标数学模型推导出电机三套绕组在α-β两相静止坐标系下的电压方程,并构建电机的欧拉-拉格朗日模型。从能量角度分析了无刷双馈风力发电系统中电气子系统与机械子系统的无源性,并设计无源性转速调节控制器。为降低电机变化参数对控制系统的干扰,在无源性控制器中注入变阻尼项以改善系统动态响应。为了验证该控制策略的有效性,结合矢量控制和恒阻尼注入在Matlab/Simulink平台上进行建模仿真对比,仿真结果表明该控制策略可快速跟踪转速期望值,具有更好的鲁棒性和动态响应。     

基于无源性的双馈感应风力发电系统自适应滑模控制方法

根据交流励磁变速恒频(VSCF)风力发电系统的运行原理,从能量平衡关系出发,利用非线性控制理论,提出了双馈感应风力发电机无源性滑模控制方法。基于双馈感应电机Euler-Lagrange系统模型,设计本质上是非线性反馈的无源性滑模控制策略,实现负载转矩时变未知情形下磁链、转速的渐近跟踪控制。针对实际运行时风力发电系统参数具有不确定性的问题,将无源性滑模控制方法与自适应策略相结合,不仅可实现电机参数摄动时期望电流轨迹的准确跟踪,并可有效抑制由定、转子电阻变化引起的跟踪误差。该方法从能量角度分析风力发电控制系统,确定不必抵消的"无功力",设计全局定义的控制律,具有形式简单、无奇异点、鲁棒性好的特点。基于dSPACE的实验结果证明了该控制策略的有效性。     

表面式永磁同步电机无源非奇异快速终端滑模控制

考虑逆变器非线性因素对调速系统的影响,从能量和鲁棒性的角度研究了表面式永磁同步电机(SPMSM)调速系统.首先推导了包含逆变器的SPMSM系统统一端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)数学模型,基于能量成形方法和PCHD原理,设计了SPMSM调速系统的无源控制器,简化了控制算法,保证了系统全局稳定,逆变器非线性扰动由扩张状态观测器进行补偿.针对速度外环响应速度慢、鲁棒性差的问题设计了非奇异快速终端滑模速度控制器并得到q轴期望的电流.仿真和实验结果表明,所提控制方法使转速跟踪速度快、鲁棒性强,提高了整个系统的动静态性能.     

双馈风力发电系统优化控制

本文双馈风力发电系统,提出了一种基于滑模理论的非线性控制方法,选择风力机转速和最优转速的差值为滑模面,设计滑模控制器。此外,采用定子磁链定向的矢量控制技术,实现有功功率、无功功率的解耦控制。最后,根据风力机最优功率运行曲线,对6k W的双馈风力发电系统进行最大风能追踪控制研究。仿真结果表明,在给定随机风速情况下,风力机能基本保持最佳叶尖速比和最大风能利用系数,最大限度的输出功率,实现最大风能追踪控制,减小机械载荷。     

双馈风力发电系统新型高阶滑模控制

双馈风力发电系统采用传统矢量控制时,利用PI控制器,但此控制器不易调节参数,动态性能和鲁棒性较差。为改善控制器性能,提出一种新型高阶滑模控制器,明显改善传统滑模控制的抖振现象,将高阶滑模控制与传统矢量控制相结合应用到双馈风力发电系统功率控制中。仿真结果表明,高阶滑模控制器相比传统PI控制器,具有更好的动态性能,鲁棒性更强。     

基于LabVIEW的双馈风力发电实验系统的研究

为了解决双馈风力发电系统发电方式、并网方式和并网后对电网可能带来的影响,分析了传统风力发电控制器的不足。提出了以LabVIEW软件、PXI及FPGA硬件为核心的变流器系统的控制器。该控制器以图形化编程来实现控制算法(矢量控制)部分.通过详细的双馈风力发电系统仿真建模,较好地实现了柔性并网、功率解耦控制、电能质量的日标。最后,搭建了双脉宽调制(PWM)变流器的双馈风电系统实验平台进行实验,完成了整个系统的硬件和软件设计,验证了控制策略的有效性和可行性。     

双馈感应电机的自适应终端滑摸控制研究北大核心

为了提高双馈感应发电机(DFIG)滑模控制对抖动的抑制能力,增强抗干扰性能,提出一种新的自适应终端滑模控制策略,增益参数根据滑模面的绝对值进行动态调整,通过调节瞬时有功和无功功率,实现涡轮变速控制,保证高质量电力供给。研究了自适应终端滑模控制算法,给出了DFIG动力学模型。新设计的风力发电转换系统的转子侧使用自适应终端滑模控制,网侧使用直接功率控制。与常规SMC方法进行了实验对比,显示终端滑模控制器的自适应特性能保证更好的瞬态响应,能有效抑制干扰。验证了所提出的自适应终端滑模控制的鲁棒性、稳定性和有效性。     

基于分数阶滑模的风力发电机直接功率控制

为了改善双馈风力发电系统的控制性能,将分数阶滑模控制应用于双馈风力发电机的直接功率控制系统中。将分数阶微积分引入到滑模控制中,构成分数阶滑模控制器,利用分数阶的遗传衰减特性削弱滑模控制的抖振。推导了应用于双馈风力发电系统的分数阶滑模控制律,并用李雅普诺夫稳定性定理证明了系统的稳定性。所提出的分数阶滑模控制系统省略了电流环控制,简化了控制结构,实现了有功功率和无功功率的有效控制。仿真与试验结果显示出所用分数阶滑模控制策略的有效性,同时表明该系统削弱了传统滑模控制中存在的抖振。     

双馈变速风电机组频率控制的仿真研究

双馈变速风电机组采用双脉宽调制（PWM）变流器实现电磁与机械的解耦控制,这也使得双馈变速风电机组对系统频率变化的响应降低。文中以双馈变速风电机组模型为基础,根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程,在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中增加了频率控制环节,在系统频率变化时,双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能,相应增加或者减少有功出力,实现了风电机组的频率控制。仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性,并证明了通过增加附加频率控制环节,风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。     

变速恒频双馈风电机组恒功率非线性控制

为了有效减少变速恒频双馈风电机组额定风速以上时的功率和转速波动,提出了一种同时考虑桨距角和双馈感应发电机转子励磁电压调节的新型恒功率控制策略。在分析风力机特性和双馈感应发电机基本电磁关系的基础上,建立了变速恒频双馈风电机组的非线性数学模型,并利用反馈线性化理论设计了非线性控制器。仿真结果表明,所提出的控制策略与现存的仅...     

Integrated DFIG‐based wind turbine model with direct power control

This paper is focused on the model development of doubly fed induction generator (DFIG)‐based wind turbines. The model integrates mechanical and electrical systems. In the mechanical system, the aerodynamic properties are calculated in every section and every angle of attack by using a finite element analysis software, and the dynamic structure analysis is performed by using the Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence (FAST) code. On the other hand, the electrical system includes DFIG modeling, the grid side converter (GSC) with DC bus voltage control, and the rotor side inverter (RSI) with direct power control (DPC). By using the direct power control strategy, the active power, reactive power, and power factor from the DFIG can be controlled to meet the requirements of the grid code. Moreover, the actual measured wind speed data are used in this work to simulate the outputs from the DFIG in order to confirm the feasibility of the wind turbine modeling. According to the simulation results, the proposed model is useful and can provide a reference for further studies about wind turbine technology. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于模糊控制的双馈风力发电功率解耦研究

对于变速恒频风力发电系统,采用基于定子电压定向的矢量控制简化双馈发电机模型,并在此基础上确定了最大风能捕获的控制策略.为了提高系统的鲁棒性和动态响应速度,将模糊控制技术引入双馈风力发电系统有功功率和无功功率解耦控制中.将功率控制系统分解为有功功率子系统和无功功率子系统,从而建立了风力发电机组完整的功率控制模型.采用Ma...     

双馈风力发电机有功功率和无功功率的滑模解耦控制

发电机有功功率、无功功率的解耦控制是变速恒频双馈风力发电系统的关键技术。分析了双馈异步发电机的动态数学模型,基于定子磁场定向的矢量控制方案,结合滑模控制与比例积分控制,得到一种有效的双馈风力发电机功率解耦控制策略。应用李雅普诺夫稳定性理论研究系统稳定性,建立了MATLAB/Simulink环境下系统的仿真模型。仿真结果表明,该控制方法能够很好地实现双馈发电机有功功率、无功功率的解耦控制,验证了该控制策略及变速恒频双馈风力发电机系统建模的正确性和有效性。     

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。     

基于自适应观测器的双馈风力发电机控制

为了解决风力发电机系统中位置传感器故障率高的问题,提出了一种基于自适应观测器的速度辨识方案。应用Lyapunov稳定性理论,经过严格推导得出了速度辨识自适应律;利用极点配置得到观测器的增益。以速度估计自适应机构和矢量控制方案设计了无速度传感器双馈风力发电机矢量控制系统。仿真结果表明,自适应观测器无速度传感器控制能够准确获取双馈电机转速与角度信息,响应速度快,具有很好的稳态与动态性能,良好的鲁棒性,并基于此实现了最大功率跟踪控制。     

变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID控制

针对变速风机非线性强、转动惯量大、转轴机械阻尼随转速变化的特点,提出了变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID(nonlinear-PID, NLPID)控制策略,仿真研究表明,非线性PID控制响应快,超调小,受系统参数变化的影响较小,控制精度高,具有一定的适应性和鲁棒性。此外,该文设计了基于模糊规则切换的模糊PID-PID双模变桨距控制器,在此基础上对变速恒频风力发电系统在全风速范围内的运行进行了数字仿真研究。在高于额定风速时,通过变桨距控制器调节桨距角,系统能较好地将功率限制在额定值附近;在低于额定风速时,通过模糊推理,系统能够在免测风速的情况下给出转速参考信号,实现最大风能捕获或恒转速运行。     

双馈风电机组无功控制方式对系统频率稳定的影响

以PSS/E和PSS/E WIND为平台,建立了基于双馈感应发电机的风电场等值模型,结合一个含两座大规模风电场的算例系统,仿真分析了双馈风电机组（DFIG）两种无功控制方式对系统频率稳定的影响.研究结果表明,无论是风速扰动、负荷扰动还是短路故障,与恒电压控制方式相比,恒功率因数控制均有利于系统的频率稳定.     

基于内模原理的双馈发电机功率解耦控制

双馈发电机有功、无功功率解耦控制是变速恒频风力发电系统的关键技术。在分析双馈发电机有功、无功功率解耦控制规律的基础上,对双馈发电机的交叉耦合电势采用内模控制解耦方案,使系统具有良好的输出动态性能。为了在设计的内模控制器中实现磁链和参数估计,采用一种基于模型参考方法的自适应定子磁链观测器,应用Lyapunov原理证明了电流估计误差的收敛性,使其估计值准确地跟踪其实际值。仿真结果表明,该方法实现了发电机有功功率和无功功率的充分解耦,提高了控制系统的准确性和鲁棒性。