自适应控制和微分几何控制在风力发电系统中的应用

本文综述了近年来自适应控制、微分几何控制在风能转换系统稳定、最大风能捕获及调速系统控制等方面应用研究的主要成果与方法 ,并提出若干需要解决的问题。     

风力发电系统运行控制技术综述

风力发电作为一种清洁的新能源具有重要的研究意义,风力发电系统运行控制策略直接关系着风力发电的效率、安全性和供电质量.本文针对风力发电系统运行控制技术的两个主要方面,即最大风能跟踪控制和恒功率控制,进行了研究和总结.     

基于PSCAD的双馈风力发电系统DTC策略研究

为了解决矢量控制对电机精确参数的依赖性,将直接转矩控制策略应用到双馈风力发电机系统中,根据转子磁链和电磁转矩滞环比较器的逻辑输出以及扇区编号,在预先设计的表格中得到最优开关矢量,并将该矢量作用于转子绕组,实现对电磁转矩和转子磁链幅值的快速控制.并且在电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了基于直接转矩控制的双馈风力发电系统,实现了最大风能捕获,满足了电网的无功需求.     

直驱永磁风力发电系统非线性控制策略

针对风电系统并网的多种控制要求,基于永磁同步发电机的损耗模型,建立了直驱永磁风力发电系统的非线性数学模型,并运用反馈线性化理论提出了多目标非线性控制策略。利用该策略在机侧实现了低于额定风速情况以下的最大风能捕获,并且调节有功直轴电流使其系统损耗最小;同时在网侧稳定直流母线电压和调节无功电流,满足了系统在正常状况下以单位功率因数并网运行的要求;而在电压跌落期间,能迅速提供无功电流,有利于电网电压稳定与恢复,具备一定的低电压穿越能力。仿真结果表明,所提出控制策略是有效而实用的,不仅兼顾了风电系统并网的实际运行要求,而且提高了系统的效率。     

最大风能捕获风力发电系统及其仿真

介绍了变速恒频交流励磁双馈电机的风力发电系统。在检测不同风速下，给出最佳电机转速，再根据定子磁链定向方法对电机的有功功率和无功功率的解耦控制，实现最大风能捕获。给出了系统仿真模型和仿真结果，验证了系统控制策略的可行性和正确性。     

基于PI功率控制的风力发电系统仿真

利用Matlab/Simulink仿真软件,建立风力发电系统仿真模型。根据不同时间段的风速情况,对风力发电机组的转速进行调节控制,使其保持在最佳叶尖速比下运行,进而使用PI控制技术实现最大风能捕获。仿真结果表明:这种控制策略可以有效地提高风力发电系统的效率,能够对输出功率进行追踪控制。     

变速恒频双馈风力发电系统最大风能捕获控制

为实现双馈风力发电系统的变速恒频运行和最大风能捕获,探讨了最大风能捕获的方法,通过对双馈发电机动态数学模型的研究,提出了基于定子磁场定向的有功、无功功率解耦控制策略。通过风速变化下的系统仿真验证了理论的正确性和可行性。     

PMSG风力发电系统的最优跟踪增益调度控制

在分析了 PMSG (永磁同步发电机)风力发电系统数学模型的基础上,以额定风速以下风能的最大捕获为目标,采用最优跟踪控制方法在系统不同工作点处设计了最优跟踪控制器,采用了一种能够保证稳定性的差值方法以插值增益调度的形式构成 PMSG 风力发电控制系统,并在 Matlab 中建立了 PMSG 风力发电控制系统的仿真模型....     

风力发电系统中控制技术的最新发展

综述国内外风力发电技术的发展和应用现状，对风力发电系统因随机性变化风速引起的非线性特性及其对风力发电系统的影响进行分析；对应用在风能转换系统中的最大风能捕获和发送系统动态特性的各种控制方法进行总结，重点分析对时变非线性风力发电系统的控制具有鲁棒性的非线性控制和智能控制方法；指出各种控制方法的优缺点及应用状况，并指出风力发电技术存在的问题和发展方向。     

风力发电系统最大风能追踪的非线性控制策略

为了最大化捕获风能和减小随机风引起的疲劳载荷,设计了基于耗散系统理论框架的L2范数优化鲁棒速度控制器,有效克服系统参数变化和风速波动的不确定性的影响,实现了风速跟踪控制。以1.5 MW直驱永磁风电机组作为研究对象,进行了仿真和实验研究,结果表明该控制策略可以实现快速风速跟踪,且对于风速波动等未知干扰具有较强的鲁棒性。     

基于数据的风能转换系统自适应控制

为了解决风能转换系统的建模困难问题,实现额定风速以下风能捕获率的最大化,根据数据驱动控制理论,在风能转换系统中采用基于数据的自适应控制方法。将风能转换系统用时变动态线性系统合理代替,利用风能转换系统的输入输出数据,通过投影估计算法获取动态线性系统的拟梯度向量,在线调整参与设计出自适应控制器。仿真结果表明采用基于数据的自适应控制方法能够有效地实现额定风速以下风能转换系统的最大风能捕获。     

Implementation of Matrix Converter in Wind Energy Conversion System with Modified Control Techniques

Abstract

In this article, different matrix converter (MC) control strategies are comprehensively explained. Further, an ultra-modified space vector modulation (UMSVM) of the MC is proposed. The total harmonic distortion for both output voltage and current is reduced, when the proposed UMSVM technique is applied. Moreover, a modified indirect space vector modulation with feed forward controller (MISVMFC) of the MC is also proposed in order to obtain a fixed output voltage and frequency for different wind speeds. The advantages of the MC are introduced in this article. These advantages include the wide range of the output frequency of MC, which may be greater than the input frequency and the control of both the output voltage magnitude and input displacement factor (IDF). Extensive theoretical and simulation results about conventional and proposed control techniques for the MC are presented. Experimental test bench is constructed and several experimental results are obtained. The experimental results validate the simulation ones.     

Grid-connected Control Strategies for a Dual Power Flow Wind Energy Conversion System

A novel dual power flow (DPF) wind energy conversion system (WECS) based on an electrical variable transmission (EVT) machine is proposed recently. The structure of the novel EVT-based WECS, especially the grid-connected configuration, is different from any other existing WECSs. In this paper, the grid-connected control strategies of the DPF- WECS are proposed by controlling the DC-link and the inner rotor side converter, where the DC-link with and without the energy storage system (ESS) is considered separately. The relevant control strategies are presented to enhance the grid fault ride through capability of the DPF-WECS. Moreover, the maximum power point tracking control strategy and the pitch control strategy are also studied to implement the complete functionality of the DPF-WECS. The simulation model of the DPF-WECS is developed based on the EVT mathematical models and proposed control strategies. Finally, the simulation results verify the efficiency of the proposed control strategies for the DPF-WECS.     

基于双模糊算法的风电机组储能系统优化控制

在风力发电机组并网运行时,通过配置飞轮储能系统(flywheel energy storage system,FESS)可以有效地平抑风电机组输出功率的波动.在模糊混合PID控制基础之上,提出了一种双模糊控制策略,利用模糊推理将风力发电机组输出的有功功率和飞轮转速两个优化控制目标同时引入到FESS的控制之中,使二者形成紧密联系又彼此制约的关系.然后对电网侧d轴电流引入补偿以稳定直流侧电压,实现近一步优化控制.最后利用Matlab/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明,与传统控制策略相比,采用文中的控制策略时电网侧的有功功率波动明显减小,飞轮转速未发生越限现象,直流侧电压波动不超过20V.     

先进控制技术在波浪发电系统中的应用

由于波浪储量丰富,具有随机性,如何控制波能转换系统捕获最大波能和控制并网电能质量成为波浪发电的核心问题。简述了波能转换装置实现最大波能捕获的方法,综述了滑模变结构控制、自适应控制、最优控制、智能算法、模糊控制、无源控制在控制最大波能捕获以及改善电能质量方面的研究成果。并提出未来的控制算法应是多种先进控制算法相结合。     

Wind Velocity Sensorless Maximum Power Point Tracking Algorithm in Grid-connected Wind Energy Conversion System

This article proposes a wind velocity sensorless hill-climb searching algorithm in the grid-connected field-oriented controlled permanent magnet synchronous generator based wind energy conversion system. The proposed method improves the speed and accuracy of initial tracking. Pseudo-optimum points are used to track the exact optimum points using the power versus speed characteristics of a wind turbine for various wind velocities. This research emphasizes that the pseudo-optimum points using the power versus speed characteristics are always less than and much nearer to the exact optimum points. The small-step forward tracking after pseudo-optimum points improves the accuracy of this algorithm. Moreover, this method improves the tracking speed for various wind velocities. The system used for this research consists of a back-to-back sinusoidal pulse-width modulation converter between the generator and the grid. The performance of the proposed method is analyzed mathematically and verified by simulation using MATLAB/Simulink software (The Mathworks, Natick; Massachusetts, USA).     

离网式小型风电系统输出功率调节方法研究

本文对离网式小型风电系统输出功率调节方法进行了分类和研究,发现通过改变发电机负载来改变发电机输出功率的直接控制负载功率法更为简单和有效。仿真实验表明,直接控制负载功率法在离网式小型风电系统中能够很好的实现对输出功率的调节。     

考虑铁耗的双馈电机风力发电最优控制

由于双馈电机内部铁耗的存在,一般的无铁耗双馈电机数学模型将无法分析双馈风力发电向电网输送的最大电能。这里将从双馈电机的定、转子铁耗出发,建立在d,q旋转坐标系下,考虑铁耗的双馈电机状态模型,并通过矢量控制来实现追踪最大风能输入和最高电能反馈电网的最优控制策略。这里也将采用模糊控制技术来替代传统的PID控制。通过Matlab/Simulink对系统进行仿真,验证了提出的控制策略的正确性,同时证明了系统在风速变化下具有良好的动态调节性。