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。     

直驱永磁同步风电机组的动态建模与运行控制

为分析直驱式永磁同步风力发电机组的联网运行特性,建立了直驱式永磁同步风力发电机组联网运行的数学模型;构建以永磁同步发电机输出功率为反馈量、转速为控制对象的最大风能捕获发电控制模型,建立了单位功率因数、i_d=0为目标的两种无功功率控制模型;在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立相应的仿真模型,对直驱式永磁同步风电机组联网运行进行仿真分析,对所建立的数学模型和控制方法的有效性进行了验证,对比分析了发电机侧变流器采用两种无功功率控制策略时的运行性能.     

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。     

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。     

基于功率反馈的直驱式永磁发电机组最大功率跟踪控制

分析了风力机的运行特性,建立了直驱式永磁同步发电机组(D-PMSG)的数学模型。基于功率反馈的最大风能跟踪控制原理,引入前馈解耦控制和锁相环,通过变流器控制直驱永磁风力发电机的电磁功率来实现对风力机转速的间接控制,在无需检测风速和风力机转速的情况下实现了风电系统的最大风能跟踪和单位功率因数控制。在变风速环境下,通过仿真实验,验证了所采取控制策略的有效性。     

直驱型永磁同步风电系统的模糊控制器的研究

文章以桨距各部分的数学模型为基础,以功率偏差为控制输入,以实际经验为依据确定了模糊论域和模糊规则库,以额定风速以上系统输出恒功率为目标,设计了直驱型永磁同步风电系统的PID控制器。利用Matlab建立了直驱型永磁同步风力发电控制系统的仿真模型,并进行了仿真,仿真结果表明模糊PID控制器能够进行变桨距控制,风能转换系统可以实现恒功率输出。     

最大风能捕获与变桨距控制建模与仿真

文章以永磁直驱风力发电系统为研究对象,研究了机侧最大功率点跟踪和浆距角控制.采用变步长爬山搜 索法跟踪功率补偿的最大功率点和浆距角控制,并利用 Matlab/Simulink建立仿真模型,得出仿真结果和分析.结果 表明风力发电系统可实现最大风能捕获和变桨距控制。     

小容量永磁直驱风力发电机组控制策略研究

根据最优功率曲线构建了最大功率控制模块,通过建立背靠背双PWM全功率变流器模型,实现对发电机侧输出功率和转速的控制,以及电网侧有功功率、无功功率的解耦控制。同时构建了包含传动模型和以转速为反馈量的桨距角控制模型。在PSCAD/EMTDC平台下搭建了仿真模型,结果表明,采用上述控制模型的永磁直驱风力发电机组在低风速下具有较高的效率和稳定性,验证了模型的合理性和控制策略的准确性。     

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。     

基于干扰观测器的直驱永磁同步风电系统输出功率控制研究

研究高于额定风速的直驱式永磁同步风电系统变桨距控制。首先建立直驱式永磁同步风电系统的非线性数学模型,然后在最佳运行点处展开得到线性化风电系统状态空间模型,根据该模型设计基于滑模控制算法的桨距角控制器来平滑风电系统的输出功率。为了减小利用系统不确定项的界设计滑模控制器存在控制的不精确,考虑设计干扰观测器试估计系统不确定项的值,并将干扰估计值应用到滑模桨距角控制器的设计中,提高了控制器的精度并且保证高于额定风速阶段风电系统的输出功率更加平稳。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建了风电系统的整体仿真模型,仿真结果表明所设计的基于干扰观测器的滑模桨距角控制器可在不同类型高风速输入扰动下,更好地平滑风电系统的输出功率。     

变速恒频双馈风电机组恒功率非线性控制

为了有效减少变速恒频双馈风电机组额定风速以上时的功率和转速波动,提出了一种同时考虑桨距角和双馈感应发电机转子励磁电压调节的新型恒功率控制策略。在分析风力机特性和双馈感应发电机基本电磁关系的基础上,建立了变速恒频双馈风电机组的非线性数学模型,并利用反馈线性化理论设计了非线性控制器。仿真结果表明,所提出的控制策略与现存的仅...     

Pitch control based on voltage dip detection for improving the LVRT of wind farm

For the stability of power systems including large‐scale generation of wind power, wind farms are expected to fulfill the requirement with the capability to remain connected to the systems during a momentary voltage dip occurring in power networks. This has prompted many utilities to adopt the low‐voltage ride‐through (LVRT) of wind turbine generators (WTGs) as one of the requirements in interconnection of large wind farms. This paper presents a new method of pitch angle control for fixed‐speed wind turbine (FSWT) to achieve LVRT capability improvement. The FSWT is equipped with directly grid‐coupled squirrel‐cage induction generator and the LVRT behavior of such wind turbine is closely related to the overspeeding of wind turbine rotor during voltage dip. If the turbine rotor speed can be reduced quickly during voltage dip so as not to rise over the maximum speed, then the sudden disconnection of WTG can be avoided. The proposed pitch control system can modify the pitch angle in the short response time by the coordination of protective relay. Then the pitch angle is adjusted by a feedback proportional integral controller based on the measurement of induction generator terminal voltage. Simulation study shows that the application of the proposed pitch control system can improve the LVRT performance of a wind farm equipped with FSWTs. © 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Operation Region of Doubly Fed Induction Generators Based on Rotor Slip under Maximum Power Point Tracking Control and Power Dispatch

Quantification to the operation region of wind turbine generators is critical for them to participate in active/reactive power dispatch and frequency/voltage control, functioning similarly to the synchronous generators. Although it is well known that operation region of doubly fed induction generators is decided by the current/capacity limits of the stator, rotor, and grid-side converter, it is found in this article that the operation region consists of a cluster of curves based on rotor slips and is thus related to wind speeds and control modes. The slip affects both reactive power capability and active power range. The solution to slip for maximum power point tracking control and power dispatch modes is proposed, including rotor speed limit and power flow constraints. Numerical results show that under the maximum power point tracking mode, higher wind speed yields lower rotor slip and a wider operation region. Under the power dispatch mode, pitch angle regulation yields the same operation region, while different power settings correspond to different VAR capabilities; rotor speed regulation yields different slips and operation regions. When keeping other conditions the same for power dispatch, the pitch angle regulation yields a larger operation region than rotor speed regulation.     

基于功率预测的变速变桨距风电系统的优化控制

为了增强风电场主动融入大电网的能力,基于风速和功率的超短期提前一步预测,以最大风能捕获和输出功率平滑为优化目标,以发电机转速和桨矩角为控制变量,为了有效地减少桨矩角系统和机械系统的压力,制定了最小化控制标准,建立了相应的多目标优化模型。运用遗传算法求解出模型的优化解,将该优化解作用于风力发电机组来优化系统的性能。通过对1.5 MW的变速恒频风力发电系统进行仿真研究表明,与传统的最大功率追踪控制相比较,所提出的控制策略提高了发电机输出功率,同时抑制了输出功率的低频波动。     

变速与变桨协调的风电机组平滑功率控制

考虑到风电功率秒级波动对电网频率稳定的影响,需要对风电机组输出功率进行平滑控制。现有依靠风电机组实现风电功率平滑控制的方法大都存在频繁变桨的问题。为此提出了协调变速与变桨的平滑功率控制方法。该方法通过分离桨距角的上调和下调动作,将传统的基于变桨调节的恒转速(转速上限)控制转变为转速区间控制,使风轮机能够在任意桨距角下变速运行,从而更大程度地利用风轮机动能来平滑风电功率波动。因此,该方法在保证平滑控制效果的同时,能有效降低变桨动作频率和幅度,并减小变桨伺服机构的疲劳和叶片载荷。最后,基于风电机组模拟器的实验验证了所提方法的有效性。     

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。     

基于PSCAD/EMTDC的双馈感应风电机组变桨距控制仿真分析

提出一种简化的风力机变桨距控制模型,通过发电机转速和风力机输出功率的反馈信号分别调节桨距角,控制发电机的转速恒定和风力机输出功率平稳.采用PSCAD/EMTDC仿真软件建立该变桨距控制模型,对整个风力发电系统(包括双馈电机和并网装置等)进行仿真,验证该风力机变桨距控制方法的可行性.     

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。