基于前端调速式风电机组的风电场无功分层控制策略

前端调速式风电机组具有较强的动态无功调节能力,针对由前端调速式风电机组组成的风电场存在随风电出力的变化而引起的并网点电压波动的问题,提出了一种前端调速式风电场无功电压分层控制策略。该策略首先确定了风电场无功控制点的选取,利用风电场控制点电压偏差,通过整定控制得到整个风电场无功需求量,以风电场内有功网损最小为目标函数,采用改进的遗传算法优化分配给各台风机,并结合静止同步补偿器的无功输出来调节整个风电场的无功输出,达到维持控制点电压稳定的目的。最后以某一风电场的仿真结果验证了该策略的有效性和可行性。     

2MW双馈式风电机组最大功率追踪控制研究

目前,以双馈感应风力发电机(DFIG)为主的风力发电机组在电力系统中所占比例比较大.本文通过对风力机功率特性和双馈式风电机组最大风能追踪的研究,在分析双馈发电机数学模型和有功、无功功率解耦控制的基础上,应用PSCAD/EMTDC对2MW双馈感应风力发电机进行系统建模,建立了基于发电机定子磁链定向矢量控制的双馈风力发电系统最大功率追踪系统模型,通过变桨距控制与控制有功功率来间接控制DFIG的转速获取最佳输出功率,分析仿真结果,验证控制策略的可行性     

直驱式永磁同步风电机组最大功率跟踪控制

以直驱式永磁风力发电系统为主要研究对象,在直驱永磁同步风力发电机（DDPMG）的运行特性基本原理基础上,建立包括风速、风力机、直驱式永磁同步发电机及机侧变换器在内的整个系统的数学模型。应用转子磁链定向的方法,对系统进行最大功率跟踪控制策略的研究,运用Matlab/Simulink建立了直驱永磁同步发电系统仿真模型,对渐变风速时的机组运行情况进行了仿真,结果验证了所建模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。     

基于数据驱动方法的风电机组功率优化

风电机组功率与风电产能息息相关,为提高风电产能及其收益,有必要对风电机组功率进行优化。应用前馈神经网络,从历史运行数据中挖掘风电机组功率与风速和控制量间的函数关系,进而提出逐点优化策略和聚类优化策略,用于实现风电机组功率优化,即在已知测量风速时,优化确定风电机组控制量,实现风电机组功率最大化。后者优化策略在前者优化策略基础上,应用K均值聚类方法聚类风速,从而降低优化计算复杂度,利于风电机组功率的实时优化。定义平均功率增益、功率增益百分比和功率增益概率三种指标用于测度功率优化效果。将两种优化策略应用至H56-850型风电机组,将优化后的风电机组功率与历史运行记录进行对比,结果表明,两种优化策略均可有效提高风电机组功率输出。此外,聚类中心数为5的聚类优化策略,能以较低的优化计算复杂度,达到与逐点优化策略相近的优化效果。     

国产最大功率直驱式风电机组批量并网发电

近日,湘电集团湘电风能有限公司研制生产的我国首批13台2MW直驱式风力发电机组,在大唐漳州六鳌风电场成功并网运行。专家组在严格审核试验数据后当场宣布,各项技术指标均达到或超过国家风机稳定性运行试验标准。这是我国国产最大功率直驱式风力发电机组首次批量并网发电。     

考虑风电机组功率跌落和机械载荷优化的虚拟惯量控制方法

针对风电机组惯量响应结束后可能出现的功率跌落和较大的机械载荷冲击问题,分析了双馈风电机组虚拟惯量控制原理,提出了基于指数函数渐进趋近的风电机组转速恢复方法.通过动态调整调节系数,改变参考功率与目标恢复功率渐近速率,降低机械载荷冲击.分析了调节系数与转速、目标恢复功率的关系,从功率跌落优化角度研究了两种目标恢复功率的控制...     

大功率变速恒频风电机组功率速度控制滤波器设计及其载荷优化

本文讨论了大功率变速恒频风电机组提升功率品质和降低关键部件载荷问题,结合机组桨距控制与转矩控制设计了功率速度控制器,并根据机组强非线性特点在桨距控制中设置增益调度。为了提升功率品质和缓解机组关键部件机械载荷,针对塔架振动和传动链扭转振动,在功率速度控制器基础上进一步设计了Notch滤波器和附加转矩滤波器,在Bladed平台上进行了2 MW机组仿真验证,结果表明,该设计方法能够减小机组的塔架和传动链扭转振动,并最终能够提升机组的功率品质和优化载荷。应用于实际风场的运行中,控制效果优异。     

双馈风电机组的功率控制技术研究

我国风力发电发展迅速,风电场的装机容量不断增大。由于风力发电机组输出功率具有波动性、间歇性等特点,大规模风电接入对电力系统的安全运行造成严重影响,制约了我国风电事业的持续发展。因此,对风力发电机组的有功功率和无功功率控制技术进行研究,使风力发电机组能够参与系统功率的调整具有重要意义。本文首先建立了变速恒频双馈风力发电机组的数学模型,并对双馈风力发电机组的有功和无功调控能力进行了分析。然后,本文提出了实现双馈风力发电机组的有功和无功控制的方法。最后,本文利用PSCAD/EMTDC仿真平台建立了双馈风力发电机组的仿真模型,并通过仿真验证了本文所提风电机组功率控制方法的可行性。     

永磁同步风电机组功率平滑控制策略研究

大型风电机组普遍采用转矩-转速控制实现最大风能跟踪,传统控制策略下风机输出功率随着风速的变化而剧烈波动,影响了电网的稳定运行。在分析永磁同步风电机组运行特性的基础上,提出全风速范围内基于变桨的风电机组功率平滑控制策略,结合变桨和转矩控制实现风机跟踪给定功率,同时控制发电机低转速运行,抑制阵风时风电机组超速。基于MATLAB/Simulink,对一台2.5 MW高速永磁同步风力发电机进行仿真研究。结果表明,提出的控制策略能够有效抑制功率波动。     

Maximum power control system for small wind turbine using predicted wind speed

This paper describes a novel approach of maximum power control for small wind turbines by using predicted wind speed data. Because of the moment of inertia of the wind turbine, when using conventional control method, the time lag of control will occur due to turbulence in the environment. Our proposed control system uses future information, which is the predicted wind speed, for wind turbine control. The control algorithm creates a reference trajectory of the rotational speed of the wind turbine. The advantage of using the predicted data is that the controller can operate the wind turbine efficiently so that the rotational speed of the wind turbine catches up with the reference speed at the maximum power point. Simulation results show improvement of generation efficiency compared to the conventional control method. Then we discuss the influence of the prediction error of wind speed on control performance. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

永磁直驱风电机组故障穿越优化控制策略研究

永磁同步发电机构成的直驱型变速恒频风力发电系统通过全功率变流器与电网连接,当电网发生严重故障时,不仅对HVDC设备造成损害,甚至可能影响风力发电系统的整体安全稳定运行。对系统故障期间直流电压失稳的机理进行了分析,基于永磁同步发电机转子的惯性储能特性以及网侧换流器的无功补偿能力,提出一种适用于提高永磁直驱风电机组故障穿越能力的优化控制策略。在网侧故障期间通过分段式转速控制调整风机侧输入的有功并对网侧无功进行补偿,减小了中间直流系统注入的不平衡功率,抑制了故障期间直流电压的骤升。应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立单机系统模型,仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。     

变速变桨距风电机组的高风速变桨距控制

变速变桨距风电机组由于主要部件风轮机的高度非线性,导致在高风速下不能用常规的PI控制变桨系统.为解决该问题,对变速恒频顺桨调节类风电机组工作点进行了分析和研究,在高风速情况下采用了根据桨距角度的分段 PI 控制方式,在该方式的控制下,风轮机的变桨过程既能保证不同角度下的快速调整,又能保证 PI 控制系统的稳定性;并且最终通过自建的小功率风电试验平台,验证了分段 PI 控制方式的实现效果.试验数据验证了分析结果的正确性.     

基于最优占空比的风力发电机MPPT方法研究

针对目前已有的最大功率跟踪(MPPT)控制方法的不足,为提高风力发电的最大风能利用效率,根据风力发电机和boost变换器的输出特性,在变风速条件下,通过给定最佳机械转矩,直接计算最优占空比,控制风机电磁转矩,实现最大功率追踪控制.针对GP-300和FD-5型直驱式永磁风力发电机,进行功率跟踪控制仿真实验,实验结果表明所提出方法的有效性和可靠性,并具有良好的工程应用前景.     

风电机组转矩的非线性控制

风电机组发电机转矩控制不仅直接决定机组的最大功率追踪效果,而且对传动系统疲劳载荷有明显影响。风电机组发电过程时刻受到风速的扰动,而且机组传动系统具有明显的非线性特性。本文设计了一种非线性转矩控制器,在计算出最优转速后,对风电机组转矩进行控制跟踪最优转速。在考虑机组传动系统柔性的情况下,实现最大功率追踪的同时可减小传动系统疲劳载荷。在FAST软件中针对5MW风电机组仿真,结果表明该方法能够很好地追踪最大功率,且相对传统PI控制输出的功率更加稳定平滑,对传动系统载荷有一定的改善。     

直驱永磁同步风电机组在全风速范围内的控制策略研究

为实现直驱式永磁同步风电机组在全风速范围内的高效、稳定运行,提出了一种基于最优转速给定的最大功率点跟踪控制策略与一种变桨距控制策略。当风速波动时,发电机转子转速的参考值将根据风电机组运行状态的不同选择不同的计算方式,使得风力机功率系数最大或稳定在额定转速不超速。而桨距角的大小将根据发电机的输出功率变化,当输出功率小于额定值时保持为0,大于额定值时增大使得输出功率稳定在额定值附近。最大功率点跟踪控制系统及桨距角控制系统都以发电机的输出功率大小作为控制方式的切换条件,无需复杂的切换规则。在Matlab/Simulink仿真平台上全风速范围内的风电机组的运行结果验证了所提出的控制策略的正确性与有效性。     

Energy yield of passive stall regulated fixed speed wind turbine with optimal rotor speed

This paper presents a lucid mathematical deduction of optimal rotor speed to maximize the energy yield of wind machines with passively stall regulated Fixed Speed Scheme (FSS). The power captured at a particular wind speed is dictated by the turbine characteristics in conjunction with the type of drive (variable speed or fixed speed). However, the energy yield estimation requires knowledge of wind speed frequency distribution. Studies have revealed that the probability density function could be fairly represented by Weibull distribution with wind velocity being suitably scaled. Considering these facts, the concept of Maxima Energy Indicator (MEI) for FSS has been developed from first principles to obtain optimal rotor speed ($w_{\text{opt}}$) numerically. Alternatively, MEI is further simplified using Incomplete Gamma Function which forms the mathematical solution for $w_{\text{opt}}$. It turns out that $w_{\text{opt}}$ of FSS varies with location owing to changes in Weibull parameters. Therefore, it is deceptive to compare the energy yields of FSS with its counterpart Variable Speed Scheme (VSS) without taking into consideration the optimum rotor speed of FSS. With this motivation, computations have been performed which compare the annual yields of both the alternatives, the rotor speed of the low cost stall regulated FSS being optimized.     

风速空间相关性和最优风电分配

风电场分布的地域多元化能够平滑风电波动。提出基于copula函数和均值－方差模型研究分布在不同位置风电场风速空间相关性和最优风电分配。利用极大似然法选取合适的copula函数描述风速间的相关关系,计算出风速间基于copula的秩相关系数,并借助最小二乘法拟合秩相关系数和风电场距离的关系。构造适合风电场的均值－方差模型优化风电的分配,其中风场的容量因子表示收益,风电前后时刻出力变化的标准差表示风险,线性相关系数用秩相关系数代替。以荷兰40个风场为例,结果表明,Gumbel copula 和 t copula函数较好地拟合了风场间风速的相关关系,并且,随着距离每增加100 km,秩相关系数下降0.1;通过求解均值－方差模型,得到各风场风电最优组合,相对于单个风场,风电波动下降程度最大达到70%,海上风场在降低风电波动中作用较大,在此模型指导下,可以选择最优风电分配策略,降低风电波动给系统带来的风险和成本。     

变速风力发电机组的多变量桨距控制策略

针对大型双馈式变速变桨(variable speed variable pitch,VSVP)风力发电机组在额定风速以上如何保持输出电功率稳定和降低风轮转速波动的控制技术进行研究.在研究了传统变桨距控制策略的基础上,提出非线性转矩控制结合以独立变桨作为主体因素的多变量控制策略,并基于Bladed软件平台开发的外部控制器对该控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较.结果表明:相对待统的变桨距控制,提出的变桨距控制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,同时也能减小齿轮箱转矩尖峰.