绕线式异步风力发电机的最大风能追踪控制

以双PWM交流励磁电源控制的绕线式异步风力发电机系统为对象,研究了有功功率和无功功率的确定原则和计算方法,进而研究了双馈异步电机的功率解耦控制。给出变速恒频风力发电机最大风能追踪的控制策略,仿真研究表明基于电网电压定向的矢量控制策略,通过转子侧变换器和双馈电机之间的数学模型,能够有效地实现最大风能追踪。提高风电机组的运行和运行效率。     

双馈感应风力发电系统新型功率控制策略研究

在风力发电功率优化控制问题的研究中,针对双馈感应风力发电系统稳定性问题,推导出双馈感应发电机转子d-q轴电流分量与定子无功功率及转矩之间的数学表达式,提出以定子无功功率和转矩作为参考输入的控制方法,得出系统功率转换的控制策略,建立了风电系统转子侧变换器的矢量控制框图.采用Matlab/Simulink,搭建了1.5MW风力发电系统的仿真模型.运行仿真模型,得到了双馈感应发电机转子电流,双馈风力发电系统的有功功率、无功功率及三相输出电流等信号的波形曲线.仿真结果表明,改进控制策略提高了系统的鲁棒性和输出电能质量,证明了控制策略的有效性和可行性.     

无刷双馈发电机及其控制策略的仿真研究

给出了无刷双馈发电机的转子机械速dq0数学模型和定子同步速MT数学模型;提出了一种无刷双馈发电机空载并网控制策略,该策略根据定子同步坐标系下无刷双馈发电机有功功率、无功功率给定值,最终得出控制侧定子绕组的电压给定值,将该值进行2r/3s变换后输入SVPWM调制模块,得到的PWM信号用于控制机侧变流器开关管的通断,从而产生定子控制绕组所需的电压、电流;在Matlab/Simulink环境下搭建了无刷双馈发电机及其控制仿真模型,并对无刷双馈发电机在空载、并网状态下的动态性能进行了仿真研究。仿真结果验证了所搭建模型及空载并网控制策略的正确性、有效性。     

双馈异步发电机滞环矢量控制策略的研究

根据双馈异步发电机的运行特点,推导出了其在静止参考坐标系中的数学模型,采用定子磁链定向的矢量控制技术,并结合滞环电流控制技术,提出了一种新的转子励磁控制策略。利用Matlab仿真软件建立双馈异步发电机的仿真模型,对有功和无功功率的解耦进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制策略能够实现双馈发电机有功功率和无功功率的独立解耦控制。     

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.     

基于无差拍控制的超导磁储能系统

超导磁储能(SMES)系统具有功率密度高和功率指令响应快等特点,在平滑风力发电功率波动、提高电力系统稳定性等方面具有广阔的应用前景。针对当前SMES控制存在超调量大、控制精度不高等缺陷,将无差拍控制引入SMES的控制中。首先建立了SMES数学模型并介绍了无差拍控制的一般设计方法,然后根据SMES数学模型设计了SMES的无差拍控制策略,最后在MATLAB/SIMULINK中对所提控制策略进行了仿真。仿真结果表明,所提的控制方法具有跟踪无过冲、控制精度高和SMES变流器网侧电流谐波含量小等特点;将其应用于平滑双馈风机有功功率输出,有效平滑了双馈风机的功率波动,提高了双馈风机的并网能力。证明了该控制策略的有效性和优越性。     

基于位置估计的双馈风力发电机的控制策略

为了避免由机械传感器所带来的一些控制上的问题,提出了一种基于位置估计的双馈风力发电机的控制方案。在转速控制阶段,根据双馈发电机数学模型,通过采集电网电压电流,转子电压电流,采用定子磁场定向的矢量控制策略,利用转子电流矢量综合位置与定子电压矢量综合位置,对并网前后转子位置进行估算,得到转速及功率变化规律,运用这个规律可以实现对转速的控制。最后对1 MW的风力机模型进行系统仿真实验,结果表明整个转速控制区间对转子位置的估计都满足系统要求,基本上解决了风力发电机的转速和无功功率控制难的问题,验证了方案的正确性与可行性。     

双馈系统在电网故障下不间断运行的研究

为更好地研究风力发电机在一定的电网电压跌落故障下的动态响应,以单台1.5 MW双馈风力发电机(DFIG)为研究对象,设计了Crowbar电路,通过构建电网电压跌落仿真模型,分别对机端电压、电流、转子电流、输出的有功功率和无功功率、直流侧电压、电磁转矩在故障期间的动态响应进行了仿真。探讨了相应的控制策略,为进一步研究低电压穿越标准下的控制策略提供了依据,同时也为研制兆瓦级变频器打下基础。测量结果表明这种控制方式能使DFIG在电压跌落故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

双馈风力发电系统功率解耦控制策略仿真研究

研究风力发电机功率效率优化控制问题,由于外部风力环境变化较大,应保证变换器的稳定性控制。传统的控制方法不但动态和稳态性能差,而且控制策略比较复杂。为了改善控制效果,提高直流电压利用率,采用了SVPWM调制技术,并提出了一种功率解耦控制策略的双脉宽调制(PWM)变换器控制方案。网侧变换器控制直流母线电压的稳定并调节网侧功率因数,转子侧变换器进行矢量解耦控制,调节定子有功和无功功率。仿真结果表明,控制策略能够快速跟踪风速变化,维持直流侧母线电压恒定,输出的电流为正弦波,并且与电网电压同频同相,满足并网条件,实现有功和无功功率的独立调节,对并网风力发电系统的设计研究提供有意义的参考。     

双馈风力发电机系统的自抗扰神经网络的励磁控制

在双馈发电机传统控制方式的基础上, 将自抗扰控制技术和BP神经网络相结合结合, 应用于双馈风力发电机并网运行的控制上, 提出了一种新的双馈风力发电机并网运行控制方案. 该控制方案具有内外两个控制环, 内环通过BP神经网络实现双馈风力发电机的转子d-q轴电流控制, 外环通过自抗扰技术实现双馈风力发电机定子侧的有功、无功控制. 由于自抗扰控制器利用一阶跟踪微分器和扩张状态观测器对系统扰动进行动态跟踪补偿, 在此基础上输出双馈电机转子交--直轴电流的参考值, 然后将该参考值作为BP神经网络训练样本的输入, 训练后的BP神经网络可以更好地逼近实际转子电压输出量. 论文设计并实现了该方案的具体控制算法. 仿真测试表明: 该控制方案具有优良的动态性能, 对系统的内外扰动具有较强的鲁棒性, 在没有精确的发电机参数情况下依然可实现并网系统的稳定运行.     

基于二阶滑模控制的变速双馈风力发电系统最大功率点跟踪

本文提出一种超螺旋二阶滑模控制方案同时实现双馈变速风力发电系统最大风能捕获和无功功率调节.通过设计两个二阶滑模控制器,实现控制目标,降低机械磨损,提高控制精度,通过调节发电机转子电压,跟踪风机最优转速和转子电流设定值,实现额定风速以下的最大风能捕获和无功功率调节.采用二次型李雅普诺夫函数确定控制参数范围、确保系统有限时间稳定性.1.5 MW风机系统仿真实验验证所提方案有效性.     

Robust nonlinear control strategy to maximize energy capture in a variable speed wind turbine with an internal induction generator

This paper proposes a control strategy to maximize the wind energy captured in a variable speed wind turbine,with an internal induction generator,at low to medium wind speeds.The proposed strategy cont...     

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.     

Asymptotic Tracking Control for Wind Turbines in Variable Speed Mode

This paper presents a variable speed control strategy for wind turbines in order to capture maximum wind power. Wind turbines are modeled as a two-mass drive-train system with generator torque control. Based on the obtained wind turbine model, variable speed control schemes are developed. Nonlinear tracking controllers are designed to achieve asymptotic tracking for a prescribed rotor speed reference signal so as to yield maximum wind power capture. Due to the difficulty of torsional angle measurement, an observer-based control scheme that uses only rotor speed information is further developed for global asymptotic output tracking. The effectiveness of the proposed control methods is illustrated by simulation results.      

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。     

基于DIgSILENT/PowerFactory的双馈风力发电系统的建模和仿真

基于DIgSILENT/PowerFactory电力仿真软件建立了双馈感应发电机风力发电系统桨距控制数学模型、风力机数学模型和轴系数学模型,并对整个系统进行了仿真,模拟了有功功率、无功功率分别变化时以及网侧发生三相短路时整个系统的运行情况。仿真结果表明,该系统实现了功率的解耦控制以及在网侧三相短路情况下运行稳定,验证了模型的正确性,为风电场的仿真建模奠定了基础。     

Robust Wind Speed Estimation and Control of Variable Speed Wind Turbines

In this work, a robust control scheme for variable speed wind turbine system that incorporates a doubly feed induction generator is described. The sliding mode controller is designed in order to track the optimum wind turbine speed value that produces the maximum power extraction for different wind speed values. A robust sliding mode observer for the aerodynamic torque is also proposed in order to avoid the wind speed sensors in the control scheme. The controller uses the estimated aerodynamic torque in order to calculate the reference value for the wind turbine speed. Another sliding mode control is also proposed in order to maintain the dc‐link voltage constant regardless of the direction of the rotor power flow. The stability analysis of the proposed controller under disturbances and parameter uncertainties is provided using the Lyapunov stability theory. Finally, the simulation results show that the proposed control scheme provides a high‐performance turbine speed control, in order to obtain the maximum wind power generation, and a high‐performance dc‐link regulation in the presence of system uncertainties.