基于前馈的风力发电机组变桨距控制

针对变速变桨(Variable Speed Variable Pitch,VSVP)风力发电机组如何抑制反馈信号滞后引起的输出功率波动进行研究。在研究了传统PID反馈控制和基于测量风速前馈控制的基础上,提出了有效风速估计的前馈与传统PID反馈结合的变桨距控制策略,通过卡尔曼滤波与牛顿-拉夫逊算法进行有效风速估计,根据估计的有效风速给出合适的前馈桨距角,实现动态前馈补偿。以2 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对前馈控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。结果表明：相对传统的变桨距控制,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。     

计及有功备用的双馈感应发电机组功率优化控制

风电机组有功备用控制及其协调方法的研究,是解决高渗透率间歇式新能源接入条件下的电网稳定问题及提高风电消纳能力的有效途径。结合超速法和变桨法的优势,提出一种改进型协同有功控制策略。中低风速下通过优先加速转子对弃风能量进行储存,同时判断转速是否到达额定来启动桨距角调整,进而嵌入附加转速控制和桨距角控制环节设计了双馈感应发电机新型功率控制系统。在风机并网运行时,利用功率控制指令和风机功率输出的差值信号进行风机转速调节,从而实现风机机组快速有功调整及备用调用。最后通过仿真算例验证方法的有效性和适用性,并对风机备用能力进行分析。     

风速前馈与变论域模糊结合的变桨距控制

针对传统PID变桨距控制难以在大惯性、强耦合的风力发电机组中取得较好的控制效果,提出了一种风速前馈的变论域模糊变桨距控制方法。根据功率误差及其变化率,通过模糊推理得到输入与输出论域的伸缩因子,避免了确定伸缩因子函数模型及其参数的困难;又采用风速前馈的方式实现桨距角的动态补偿,提高了系统的响应速度。仿真结果表明:当风速超过额定风速时,所提方法能使风力发电机组的转速更加稳定、输出功率更加平稳。     

风力发电机的恒功率控制

针对大型风力发电机组因反馈信号滞后引起的输出功率波动进行研究。在研究了传统转速反馈PI控制和基于测量风速前馈控制的基础上,提出了基于有效风速估计的前馈与功率反馈PI结合的变桨控制策略,通过牛顿-拉夫逊算法进行有效风速估计,根据有效风速估计值给出合适的前馈桨距角,实现动态前馈补偿。基于Fast软件平台开发的外部控制器,对恒功率控制提出的控制策略与传统的控制策略进行仿真比较。仿真结果表明：相对传统的控制策略,提出的前馈控制使风力发电机组能够保持稳定的电功率输出。     

抑制风电场电压闪变联合控制策略研究

双馈感应风力发电机(DFIG)在连续运行中会出现电压闪变问题,为了稳定风机的输出功率,提出变换器和桨距角联合控制策略,额定风速以下时采用变换器控制使风能利用系数达到最大,额定风速以上时采用桨距角和变换器联合控制使风机输出功率维持在额定功率。通过仿真分析表明,提出的控制策略在不同风速条件下达到了预期的效果。     

大型风机的独立变桨控制方法

为了缓解风力发电机组由于风速扰动所造成的疲劳载荷,给出了一种基于RBF神经网络滑模独立变桨控制策略。通过分析风力机的基本特性,提出将RBF神经网络滑模功率控制单元和独立变桨控制单元相结合的控制方式。RBF神经网络滑模功率控制单元通过对发电机电磁转矩及桨叶桨距角的控制来平衡风力机的气动转矩,使风轮保持额度转速,实现稳定风电机组的输出功率的目的。而RBF神经网络独立变桨滑模控制单元通过实时微调风机桨距角,来优化功率控制单元的统一桨距角信号,实现缓解风机结构疲劳载荷的目的。最后,通过建立基于RBF神经网络滑模独立变桨控制的风力发电机组进行相应的仿真与实验,证明基于RBF神经网络功率控制和独立变桨滑模控制相结合的方法具有良好的控制效果,稳定风机输出功率的同时,极大地缓解风机的结构载荷,降低风力发电机组的维护成本。     

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。     

直驱永磁同步风电机组的最优功率运行控制

构建了直驱永磁同步风电机组的最优功率控制模型,包括低风速下的最大风能捕获控制模型和高风速下的桨距角控制模型.最大风能捕获控制以永磁同步发电机输出功率为反馈量,转速为控制对象,桨距角控制以转速为反馈量,桨距角为控制对象.在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了相应的仿真系统,对直驱永磁同步风电机组联网运行进行了仿真分析,对所建立的数学模型和最优功率控制方法的有效性进行了验证.     

基于模糊RBF神经网络的风电机组变桨控制研究

针对大型风力发电机变桨控制受外部干扰和参数变化大、造成输出功率不稳定的问题,提出一种智能控制的算法,在RBF神经网络基础上增加模糊算法,利用模糊RBF神经网络实时在线调整PID参数。当实际风速偏离额定风速时,科学调整风机桨距角,使风机所获得的空气动力转矩发生变化,从而在额定功率附近保持风力机输出功率的相对稳定。据此搭建了风电机组各模块的数学模型,并在MATLAB/Simulink上搭建了仿真模块。实验结果表明：基于上述的方法控制效果相比于传统PID控制和常规RBF神经网络PID控制,响应更快、风能利用系数性能超调更小、功率输出更稳定,更有利于风力发电机组的系统稳定性。     

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。     

风力发电机组优化变桨距控制研究

风速变化的随机性和风力机叶轮巨大的转动惯量导致风力发电机对风速突然变化的动态响应通常都是时间滞后的,这可能会使叶轮转速和输出功率出现较大波动。基于线性二次高斯（LQG）优化控制理论提出变桨距优化控制方法,与传统的PI变桨距控制相比,可以抑制叶轮转速和功率波动。以2 MW变速变桨风力发电机组为实验对象,采用FAST-MATLAB/Simulink联合软件平台分别对LQG优化变桨距控制和传统PI变桨距控制进行仿真分析,证明LQG优化变桨距控制在抑制叶轮转速和功率波动方面的有效性。     

基于模糊RBF神经网络的风电机组变桨距控制

在介绍模糊RBF神经网络基本原理的基础上设计了模糊RBF神经网络控制器,并将其应用于大型变速变桨风力发电机组的变桨距控制中.在风速高于额定风速时,通过控制桨叶节距角来改变攻角从而改变风机获得的空气动力转矩,以实现输出功率稳定在额定值.将该模糊神经网络控制方法和PI控制进行仿真比较,结果表明前者优于PI控制.     

基于预测控制的大惯量风机全工况功率调度跟踪

面向电网调度、风电场内调度,现代风机需具备跟踪功率调度指令的灵活可调能力。针对这种需求,文章系统地提出了一种功率调度跟踪控制方案。首先,将风机运行工况划分为正常发电和限电弃风两种状态。当风机处于正常发电状态时,在额定风速以下基于模型预测控制算法设计了一个转矩补偿控制器,改进了传统的最优转矩控制器,提高风能利用效率。在额定风速以上采用MPC(modelpredictive control)桨距角控制器替代PID(proportional-integralderivative)控制器。在限电弃风状态时,提出了一种转速优先的变速变桨混合跟踪控制策略。针对两种运行状态下的变速变桨过渡区间分别添加了一个无扰切换过程。通过在多种风速下进行仿真对比,发现所提出的功率控制策略均具有较好的控制效果,可以实时响应风电场内功率调度。     

考虑最优转速与桨距角控制的风电场限功率优化控制策略

随着风电装机规模的不断增大,弃风现象在风电并网系统中日趋普遍。针对弃风造成的不可避免的风能损失,文章提出一种考虑最优转速与桨距角控制的风电场限功率优化控制策略。在转子转速控制能满足风电场弃风需求时,最优转速控制以最大化转子旋转动能为目标,确定各风机的有功调节指令,从而减少风能的丢弃;最优桨距角控制在转子转速控制达到极限后实施,在实现风电有功控制目标的同时,以最小化风机桨距角的调节为目标,确定各风机的有功调节指令。仿真结果表明,所提策略能够将一部分风能以动能形式最大化的存储在转子中,并在系统功率缺额时提供最大的瞬时功率支撑,从而最大程度减少频率跌落的幅度和延缓频率最低点到达的时刻。另外,在桨距角控制方面,所提策略能够尽可能减少桨距角的动作,从而减少风机机械部分的磨损。     

基于预测控制的大惯量风机全工况功率调度跟踪EI北大核心CSCD

面向电网调度、风电场内调度,现代风机需具备跟踪功率调度指令的灵活可调能力。针对这种需求,文章系统地提出了一种功率调度跟踪控制方案。首先,将风机运行工况划分为正常发电和限电弃风两种状态。当风机处于正常发电状态时,在额定风速以下基于模型预测控制算法设计了一个转矩补偿控制器,改进了传统的最优转矩控制器,提高风能利用效率。在额定风速以上采用MPC(modelpredictive control)桨距角控制器替代PID(proportional-integralderivative)控制器。在限电弃风状态时,提出了一种转速优先的变速变桨混合跟踪控制策略。针对两种运行状态下的变速变桨过渡区间分别添加了一个无扰切换过程。通过在多种风速下进行仿真对比,发现所提出的功率控制策略均具有较好的控制效果,可以实时响应风电场内功率调度。     

基于改进最小方差法的风电机组变桨距控制

针对额定风速以上风电机组变桨距控制问题,提出了一种基于改进最小方差法的风电机组变桨距控制策略。该方法将延长预测步长思想,时变?琢f0设计和柔化控制作用相结合,能够在突变过程初期,限制控制幅度,在控制后期能够加快收敛速度。同时与递推最小二乘辨识方法结合,用于额定风速以上风电机组变桨距控制系统。通过算例仿真表明,与传统的最小方差控制和PI控制方法相比,该方法能够使得系统响应迅速,在额定风速以上快速改变桨距角,保证了风电机组恒功率输出运行。     

全风况下双馈风机参与调频的协调控制策略研究

双馈风机的转子转速与系统频率相互解耦,风电大规模并网将导致系统调频能力下降,调频成本增加。为了结合附加惯性控制、超速控制和桨距角控制三种调频措施的优点,使双馈风机在全风况条件下具备一次调频能力,提出在最大功率追踪区采用附加惯性与超速控制相结合;而在恒转速和恒功率区则采用附加惯性与桨距角控制的协调控制策略。针对风能利用系数与桨距角和叶尖速比的复杂非线性数学关系,在传统桨距角控制策略基础上通过增加补偿桨距角和频率响应环节,简化了桨距角控制参与系统一次调频的控制策略。最后通过仿真验证了所提控制策略的有效性。     

应用扰动观测器的定桨距风力机转速控制

目前,定桨距风力机在大功率应用场合采用恒速运行,若能采用变速控制,则可大大提高风能利用率。由于气动转矩与转速、风速间的非线性关系影响,在高风速区定桨距变速风力机的转速系统已变成一个不稳定的非线性系统。提出采用扰动观测器对气动转矩进行估计和补偿,以消除系统自身的不稳定性,使系统变成一个稳定的线性系统,并基于RT-LAB半实物实验平台设计了风力机的转速控制系统。实验结果表明:定桨距变速风力发电机组能够在设计风速范围内稳定运行,机组完全依靠应用扰动观测器的变速控制就能同时实现低风速区的最大功率点跟踪和高风速区的恒功率控制。     

基于倾斜角权系数校正的风电机组变桨控制

风力发电系统的数学模型具有高度非线性、时变、多变量、强耦合的特点,为了稳定发电机的输出功率以及减小桨叶受力,在分析机组特性和变桨距控制要求的基础上,根据空气动力学原理以及叶片受力分析等,提出一种基于权系数分配的独立变桨距控制方法,并在传统的根据桨叶的方位角进行权系数分配的基础上,依据倾斜角的变化进行权系数校正,通过仿真证明,在风速高于额定风速时,三个桨叶可以根据风速的变化独立调整其桨距角,从而保证在发电机的输出功率稳定的前提下,减小桨叶承受的气动载荷。     

变桨距风力机在全风速段内的桨距角控制策略仿真研究

分析了变桨距控制策略的基本原则,Simulink环境下搭建了1.5 MW的DFIG机组全风速段内桨距角控制模型,将传统模型与改进模型进行仿真对比。结果表明,传统模型与改进模型都能有效控制桨距角特性,且改进模型在最大风能追踪区,风速上升时,可以有效抑制桨距角波动,并控制功率稳定输出。