永磁直驱风电机组一次调频特性分析

由于采用全功率变流器实现机械和电磁系统的解耦控制,永磁直驱风电机组不能对电网频率变化进行响应。为了使永磁直驱风电机组具备一次调频能力,采用转速和桨距角相结合的协调控制策略,并根据不同的风速条件,制定了低风速、中风速和高风速3种模式。在低风速时,采用减载运行至90%最大功率曲线和下垂控制相结合的控制策略;在中风速时,采用转速和桨距角结合的协调控制策略;在高风速时,采用减载运行至90%最大功率曲线和桨距角相结合的控制策略。以上控制策略可以使永磁直驱风电机组有效参与电网的一次调频。最后通过仿真结果验证了永磁直驱风电机组协调控制策略的有效性。     

基于模糊Smith预估的直驱风电机组变桨距控制器研究

在大型直驱风电机组中通常采用变桨距的方法来提高风能利用率,调节发电机组的有功功率。但由于风速变化的随机性和风力发电机组的非线性特点,传统的PID控制算法并不能取得令人满意的效果,为此提出了模糊Smith预估控制方法。在模糊理论和Smith预估控制理论的基础上,分别对模糊控制器和Smith预估控制器进行设计,最后将两者相结合,并在Simulink平台上搭建了模型,进行了仿真。仿真结果表明,所提方法在风速变化超过额定风速的情况下,能够通过控制桨距角使风力机转速稳定在额定值,实现直驱风电机组的恒功率控制。     

直驱永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略

分析直驱永磁同步风力发电机组(DDPMSG)在电网故障情况下的低电压运行特性,提出一种综合控制策略,包括通过变桨距控制实现最大风能追踪;控制发电机电磁功率以控制直流链及电网侧逆变器的功率;利用发电机侧功率控制网侧变流器的电流,实现直流链电压的稳定,以提高直驱永磁同步风力发电机组的低电压穿越能力,维持所并电网的运行稳定性。运用仿真分析软件PSCAD/EMTDC建立DDPMSG及其控制策略的仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性和可行性。     

永磁直驱风电机组HVRT功能开发及其检验

风电机组的高电压穿越(HVRT)技术已被公认为最具挑战性的技术之一,逐渐成为行业内讨论和研究的热点。在研究风电机组HVRT功能必要性的基础上,结合永磁直驱风电机组(PMSG)在电网电压骤升时的暂态特性,提出了一种基于直流回路Chopper电路的永磁直驱风电机组的HVRT功能的低成本技术方法。软件的仿真结果和现场的实际测试数据表明,所提方法可以有效提高永磁直驱风电机组的HVRT能力。     

半直驱风电系统最大功率跟踪和变桨距集成控制

建立了包括风力机、机械传动链、永磁同步发电机和变桨距执行机构在内的半直驱风力发电系统机侧部分数学模型;针对风能随机性及风力机工况切换频繁的特点,给出了实现半直驱风力发电系统优化及可靠运行的集成控制策略.该控制策略以转速控制为基础,以风速滞环判断为条件,实现最大功率跟踪控制和变桨距控制的集成;在MATLAB/Simulink环境下建立了半直驱风力发电系统的仿真模型,仿真结果表明,在渐变风和随机风的作用下,集成控制策略能够实现最大功率跟踪控制和变桨距控制的可靠切换,获得了较为满意的控制效果,验证了该控制策略的正确性和有效性.     

基于变桨距和转矩动态控制的 直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制

风能的不确定性以及风轮机自身特性使风力发电机输出有功功率随风速变化而波动,影响风电机组输出电能质量,严重时还会影响电网运行稳定性。在分析变桨变速直驱永磁同步风力发电机运行特性的基础上,提出了在全风速范围内结合风力机变桨控制和发电机变速控制的发电机有功功率平滑控制策略。考虑到风能的随机性及直驱风能发电系统很强的非线性,设计了基于模糊理论的变桨距控制器和发电机转矩动态滑模控制器。对一台采用该控制策略的直驱永磁同步风力发电机的运行行为进行仿真研究。结果表明,提出的模糊变桨距控制能有效控制发电机转速运行范围,动态滑模控制能使发电机输出平滑的有功功率。与传统最大风能跟踪控制策略相比,所提出的控制方案能有效降低直驱永磁同步风力发电机输出有功功率的波动,控制发电机转速运行范围。     

直驱式变速变桨距永磁风力发电机组研制

风力发电机的研制技术目前正向大功率、变速变桨距、直驱式永磁电机的方向发展。文章介绍了现有几种风力发电机的运行方式,分析了直驱式永磁风力发电机的主要技术特点,指出其具有优良的技术性能;并对风电机组以国产化提出了建议。     

风电机组变桨距控制

定桨距是指桨叶根部与轮毂采用刚性联接,即桨叶的安装角(或称节距角)固定。定桨距风电机组常采用双速发电机,当低于额定风速时,低转速的小电机运行,以追求最佳的风能利用效率;当高于额定风速时,桨叶的攻角会增大,同时产生较大的涡流,使风轮效率降低,发生失速,以限制发电机的输出功率。定桨     

模糊PID变桨距控制器研究

首先对风力发电技术的发展进行了介绍,然后对变桨变速风力发电机机组风能转换特性进行了分析,从而提出了在高风速范围下,风力机变桨控制发电机转矩的控制策略.利用Matlab/Simulink的仿真结果表明,控制曲线符合预期设计要求.     

3MW风电机组变桨距无模型控制

随着风电机组装机容量的迅速增加,电网对风电机组的电能品质提出了更高的要求,而功率波动是影响风电机组电能品质的一个重要问题。考虑到风电机组变桨控制中的桨距角和机组功率的非线性关系和外界扰动问题,为了减小风电机组功率波动,基于无模型自适应(MFA)控制理论设计了风电机组变桨无模型控制器,不依赖于风电机组精确的数学模型。为了验证无模型变桨控制器的性能,以3MW双馈风电机组为控制对象在Sinmulink中对该算法进行了仿真并和广泛应用的PID变桨控制器进行了对比。仿真结果表明无模型变桨控制器较好地解决了风电机组变桨控制中的非线性和外界扰动问题,风电机组输出的功率波动明显小于PID控制器。     

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。     

Output power control of wind turbine generator by pitch angle control using minimum variance control

Effective utilization of renewable energies such as wind energy as a replacement for fossil fuels is highly desirable. Wind energy is not constant and wind generator output is proportional to the cube of the wind speed, which causes the power output of wind turbine generators (WTGs) to fluctuate. In order to reduce output power fluctuations of wind farms, this paper presents an output power leveling control strategy for wind farms based on both the mean and the standard deviation of wind farm output power, a cooperative control strategy for WTGs, and a pitch angle control method using a generalized predictive controller (GPC) intended for all operating regions of WTGs. Simulation results using an actual detailed model for wind farm systems show the effectiveness of the proposed method. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 154(2): 10–18, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20247     

大型风电机组的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略

提出一种用于降低风轮不平衡载荷的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略,该控制器由比例-积分控制器和谐振控制器两部分组成,其中比例-积分控制器用于抑制不平衡载荷的1p(风轮旋转频率的倍数)分量,谐振控制器则用于抑制不平衡载荷的高频分量(2p、4p)。采用FAST软件对所提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明所提出的控制策略可以在传统比例-积分控制的基础上,进一步降低风轮所承受的高频不平衡载荷。     

蚁群算法在风电机组变桨控制中的应用

运行在额定风速以上区间时,变速变桨风力发电机组采用恒功率变桨控制方式,由于额定风速至切出风速之间的风速变化范围大且迅速,使得功率波动较大且频繁,传统PID变桨控制器难以达到很好的控制效果。本文提出的蚁群PID变桨控制器,利用蚁群算法的寻优特性来优化PID参数,使得恒功率变桨控制系统更具自适应性和鲁棒性。分析了风机的恒功率变桨控制,然后给出了蚁群算法优化PID参数的策略以及具体实现步骤。仿真与实验结果验证了蚁群PID变桨控制器的良好动态性能,其有效地减缓了额定风速以上风机的功率波动。     

Output power leveling of wind turbine generators using pitch angle control for all operating regions in wind farm

Effective utilization of renewable energies such as wind energy instead of fossil fuels is desirable. Wind energy is not constant and windmill output is proportional to the cube of the wind speed, which causes the generated power of wind turbine generators (WTGs) to fluctuate. In order to reduce the output power fluctuation of wind farms, this paper presents an output power leveling control strategy for a wind farm based on both the average wind farm output power and the standard deviation of the wind farm output power, a cooperative control strategy for WTGs, and pitch angle control using a generalized predictive controller (GPC) in all WTG operating regions. Simulation results using an actual detailed model for wind farm systems show the effectiveness of the proposed method. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 158(4): 31– 41, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience. wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20448     

兆瓦级风电机组变桨系统的设计与应用

详细分析了变桨距系统的设计原理和组成,并在此基础上以非线性PID算法为控制核心,用Profibus总线和CAN总线通讯,以超级电容作为后备电源,设计了兆瓦级风电机组变桨距系统,对变桨系统软件开发所涉及的运行模式划分为5类,并将研究结果应用于国内某风场,结果表明该系统满足风电机组对变桨系统位置和精度控制的要求。     

一种基于CR-CD型电路的直驱风机变流器IGBT过电压保护电路研究

针对直驱风力发电系统中变流器IGBT存在过电压脉冲的问题,基于IGBT的物理模型及C型、钳位二极管、RC型和RCD型四种过电压保护电路提出了一种新型CR-CD(Capacitor resistor and capacitor diode)过电压保护电路。首先,分析了CR-CD过电压保护电路的工作原理,论证了CR-CD过电压保护电路抑制过电压脉冲的优良性能。其次,详细设计了过电压保护电路的参数。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建了CR-CD型过电压保护电路仿真模型,分别在恒定和变化负载电感两种工况下进行仿真对比分析。结果表明:CR-CD过电压保护电路不仅可以有效地抑制过电压脉冲,还能起到避免因电容造成的过电压脉冲衰减延迟以及缩短IGBT关断时间的作用。     

变速变桨风电机组阵风控制策略

本着在阵风工况下,变桨控制器提前动作与快速动作的原则,结合变速变桨控制算法基本结构,在基本变桨控制器上增加功率桨距角发电机转速控制环,使桨距角能够在额定功率以下提前动作;在桨距角发电机转速控制环的比例项中增加非线性增益因子,使得变桨控制能在阵风下快速动作。仿真分析与现场测试结果表明,这2个阵风控制策略能有效地抑制与减少风电机组发电机由于超速带来的停机,一定程度上可以提高风电场发电量,降低风电机组机械载荷,提高电网稳定性。     

风力发电机传动系统故障诊断的机电仿真研究

为了研究风力发电机组传动系统齿轮故障在发电机电流信号中的响应过程,扩展电流信号诊断方法的应用范围。在考虑齿轮啮合刚度变化和模拟断齿故障变化特征的基础上,建立齿轮副动力学模型;以典型的双馈风力发电机为对象,建立双馈发电机及其控制系统模型。利用齿轮副和发电机的转速参数关联两个模型,构建机电联合仿真模型。在理论上研究齿轮正常或存在断齿时的电流故障特征,并与试验台模拟故障试验比较。仿真与试验结果表明,发电机定子电流可以准确反映齿轮的故障特征信息,且在离网状态下,主要会引起电流信号的频率调制特征。