双馈风电机组MPPT动态功率特性分析

为研究双馈风电机组DFIG最大功率跟踪MPPT动态特性,在Matlab/Simulink仿真平台上建立了功率信号反馈算法的风机MPPT控制模型。以矩形风速为例,理论推导了MPPT静态工作点的过度时间和风机输出能量的计算公式,通过仿真和理论分析了不同转子惯性对风电机组动态功率、转速、叶尖速比、风能利用效率的影响,结合转子动能阐述了双馈风电机组MPPT动态功率特性,指出风机惯性时间常数越大风能利用系数越低。最后比较了几种不同风速下的风机MPPT动态特性,结果表明,随机风的风机转速跟踪能力最差,阵风和渐进风的风机转速跟踪效果较好。     

一种小型风电机组的优化最大功率点跟踪控制算法

为提高小型风机发电机组的风能转换效率,提出一种最大功率优化跟踪控制算法.以小型风力发电机组中发电机的P-ω特性曲线上各点斜率来确定占空比的扰动步长,通过模糊控制来对最大功率点进行跟踪,增强最大功率点搜索的快速性和稳定性.通过在MATLAB/Simulink仿真环境下搭建小型风电系统模型和优化最大功率点跟踪(MPPT)控制算法模型进行仿真,得出不同风速下发电机的输出功率仿真结果.结果表明:该控制算法能有效提高小型风电系统最大功率点的跟踪速度,减少最大功率点附近的振荡现象,提高小型风力发电机组的风能转换效率.     

基于微分跟踪器的大型风电机组转矩优化控制

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,因此在风速变化时机组转速不能快速跟踪最大功率点。为了提高风电机组在低风速区域对风能的利用率,设计了一个基于微分跟踪器的转矩优化控制系统,通过减小机组传动链等效转动惯量的方法来加快机组对最大功率点的跟踪速度。分析及仿真结果证明了所提出方法的正确性和可行性。     

风电机组最大功率点跟踪控制的影响因素分析

将影响风电机组最大功率点跟踪(MPPT)控制的因素划分为风力机的动态性能和最大功率点的跟踪要求两大方面。以此为指导,围绕风速条件和风力机结构提取出多个具体的影响因素,包括平均风速、湍流强度、空气密度、风力机的转动惯量、叶片尺寸和最佳叶尖速比。通过仿真分析这些具体因素与现有两种功率曲线改进方法中的设定参数的量化关系,探讨它们对MPPT控制的影响与作用机理。研究结果表明,风速环境和风力机结构参数的变化都会改变风电机组的MPPT效果。因此,在设计与应用MPPT控制时,需要全面考虑上述因素的影响,并相应调整控制器参数。文中工作将为MPPT控制的优化设计奠定基础。     

一种基于收缩跟踪区间的改进最大功率点跟踪控制

考虑到基于转矩调整的改进方法存在难以获取最优调整状态的问题,该文针对传统功率曲线法提出收缩风机转速的跟踪区间、减小跟踪路程的改进思路,以优化风机最大功率点跟踪的性能。在此基础上,设计出根据平均风速,周期性的调整起始发电转速的改进功率曲线法。其设计机理在于风速平均值恰好反映了风速及风能量集中分布的区间。因此,最优转速跟踪区间与平均风速存在数量上的直接关系而变得容易预估,且无需迭代搜索。与目前基于调整转矩的改进方法相比,该文所提方法不仅提高了风能捕获效率,且简单易行。最后,通过对模拟风速序列的仿真计算与比较分析,验证了该方法的有效性和先进性。     

大型风电机组自抗扰转速控制

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,因此在风速变化时机组转速不能快速地跟踪最大功率点。为了提高风电机组在低风速下对风能的利用率,提出自抗扰转速控制策略。利用基于转速反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并采用扰动补偿的方法,将风电机组等效为一阶线性系统。基于自抗扰控制原理设计了系统的转速控制器。实时估计出机组捕获的机械功率并计算出转速给定值,采用转速控制器直接对转速进行控制。仿真结果表明,与采用传统的功率控制策略的机组相比,自抗扰转速控制策略在风速变化时对最大功率点的跟踪速度要快,机组对风能的捕获效率得到了提高,同时对风力机的参数依赖性小。     

永磁直驱风电系统中最大功率点跟踪控制优化的仿真研究

分析了风力机特性、永磁直驱电机模型、变换器控制策略及各种功率跟踪控制算法优缺点,并提出一种基于爬山搜索法的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法的优化。在MATLAB/Simulink环境下搭建了永磁直驱风力发电系统模型,仿真分析了控制方法对最大功率点的跟踪效果,结果表明当风机起动及风速变化时MPPT控制方法能够使系统快速稳定在新的工作点,捕获得最大功率。由此验证了改进优化后的控制方法及所搭建模型的准确性与有效性。     

基于变频控制的风电提水系统关键技术研究

针对全直驱型风力发电提水系统中各主要构件之间难以实现最佳匹配的问题,对其中的一些关键技术进行了研究,旨在提高系统运行效率.采用现代流线型风力机、永磁同步发电机、通用三相交流电动水泵以及变频控制技术,通过变频控制器调节水泵的转速,实现不同风速下的最大功率点跟踪(MPPT).系统配置具有较大的灵活性,采用多重判据MPPT控制方法,具有良好的动态响应和跟踪效果,仿真和实验结果表明风力机工作在较高的风能利用系数下,系统运行效率得到明显提高.     

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.     

一种引入停止机制的改进爬山算法

针对爬山法(hill-climbing searching,HCS)在最大功率点(maximum power point,MPP)处存在的转速振荡和风速变化导致搜索方向误判的问题,提出1种具有扰动停止机制的改进爬山算法。该算法不仅继承了变步长爬山法快速搜索至MPP附近的优点,还具有MPP检测和停止机制。在风机跟踪至MPP附近时,该机制不仅可以有效降低转速振荡对风机系统机械部件的磨损,而且克服了算法停止机制生效后风速再次变化时对搜索方向判断的干扰,从而进一步提高了风能捕获效率。在简化风电系统模型的基础上,仿真结果验证了该算法的有效性和优越性。     

直驱风力发电系统设计与仿真

对直驱风力发电系统的风力发电机和网侧变换器的数学模型进行了分析,并在此基础上设计了机侧和网侧控制器。根据风力机功率与风力机转速和转矩的关系,设计了基于最优转矩控制的最大功率点跟踪控制算法。设计了基于Crowbar的低电压穿越方案,采用Buck电路连接,减小了电流冲击。运用Matlab/Simulink软件,搭建了直驱风力发电系统模型,对并网过程,机侧变换器和网侧变换器的控制性能,以及MPPT和LVRT方案进行了验证。     

三相SVPWM整流器在风能最大功率点追踪中应用

变速风力发电机高效利用风能所需的风能最大功率点追踪(MPPT)算法的关键在于能否根据风速变化快速调节风轮转速,使其迅速达到相应的最佳转速。采用直接转矩控制思想以达到此目标,首先介绍了风力发电机空气动力学特性及永磁同步电机直接转矩控制原理,然后通过空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)直接电流控制的整流器实时控制其输出电流跟踪指令电流的方法实现变速风力发电机中的MPPT控制。仿真研究证明该方法具有控制简单、跟踪响应快的特点,能够达到风能的MPPT算法要求。     

考虑风机动态的最大风能捕获策略

为进一步提高风电系统效率.提出了一种考虑风机动态的最大风能捕获非线性控制策略.该策略根据风机机械转矩的变化,动态补偿风力发电机的输出功率,提高系统的动态风能捕获量;同时,通过反馈线性化方法,实现风电系统输出的有功和无功功率的解耦控制,简化其工程实现难度.理论分析和仿真结果表明,与传统策略相比,该策略可以实现动态过程中风电系统的最大风能捕获,提高系统的运行效率和动态响应速度.     

一种风电机组在低风速区间的功率控制方法

由于在低风速区间风速变化较快、风能密度较低,因此对风电机组的功率转换效率造成了较大影响。针对风电机组在低风速区域的运行特点,从功率控制角度出发,以提高风电机组功率输出效率为目的,采用最大功率点跟踪控制策略(MPPT)实现对风能最大限度的捕获,提出了大范围快速对焦最优转速的控制策略。与传统爬山法相比,该方法具有寻优速度快、精确度高、简单易行的优点。在Power Simulation(PSIM)环境中仿真分析,研究结果表明:该控制策略对提高机组稳定性和功率转换效率具有一定的价值。     

电励磁双凸极风力发电机系统MPPT控制策略的对比

本文在分析电励磁双凸极风力发电机工作原理及其控制策略的基础上,针对定桨距风力机,运用叶尖速比法和功率信号反馈法,通过控制发电机励磁电流控制发电机的电磁转矩,调节机组转速,实现最大风能跟踪(MPPT)控制。为研究两种MPPT控制策略的效果,以阶跃风和随机风为例,对两种MPPT控制策略进行了仿真和实验研究,验证了控制策略的可行性与有效性。对两种控制策略进行了对比分析,比较得出功率信号反馈法优于叶尖速比法。     

风电机组MPPT动态功率曲线控制策略的研究

针对目前变速风力发电机组最大功率点跟踪算法对机组参数依赖性较大的问题,提出了一种用于最大功率点跟踪的动态功率曲线控制策略.根据机组当前的运行特性来调节功率曲线的比例系数,实现对最大功率点的跟踪控制.该算法的优点是对机组的参数依赖性较小,即使在转速测量有误差的情况下也可以实现机组对最大功率点的跟踪控制.在Matlab/S...     

风力发电机组最大功率追踪

根据最大功率追踪点的基本原理及常用风力发电控制系统的特点,提出了基于占空比扰动的改进三点比较法。风力发电系统实际上应用最大功率追踪技术搭配数字信号处理器(TMS320C6711)调整DC/DC斩波器转换器的占空比,使风力发电机系统运转在最大功率输出。以1.5 kW风力发电机组为验证对象,基于TMS320C6711硬件平台对电流型扰动观察法与笔者所提出的三点比较法进行试验验证。结果表明:采用改进三点比较法的风力发电系统能够有效追踪最大功率点。同时,在风速发生变化时,能快速找到最大功率点。     

Effective MPPT technique and robust power control of the PMSG wind turbine

Wind generator performance improvement requires sophisticated and robust control techniques to overcome various constraints and achieve optimal aerodynamic energy conversion. Because of the continuously changing nature of the wind, the output power of a wind energy conversion system (WECS) can be maximized if the wind rotor is driven at an optimal rotational speed for a particular wind speed. This is achieved with a maximum power point tracking (MPPT) controller. Over the years, a variety of MPPT studies have been made, but very few provide guidelines to single out the most suited MPPT technique. In this paper, a comprehensive comparison of the four most used schemes has been made in relation to a permanent magnet synchronous generator (PMSG) wind turbine system. These techniques can be classified into various categories. The obtained results show clearly the superiority of the fuzzy logic control (FLC) technique. Using this MPPT approach, the generated power by the turbine is considered to be, in terms of power control, an auxiliary source feeding a grid. To achieve smooth regulation of the active and reactive power exchange between the PMSG and the grid, direct power control, using space vector modulation DPC‐SVM strategy combined with sliding mode control (SMC) is applied in the grid‐side converter. Simulation results show the efficiency and reliability of the control strategy proposed in this paper. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.