PMSG Wind Energy Conversion System: Modeling and Control

In this paper, a model of a variable speed wind turbine using a permanent magnet synchronous generator (PMSG) is presented and the control schemes are proposed. The model presents the aerodynamic part of the wind turbine, the mechanic and the electric parts. Simulations have been conducted with Matlab/Simulink to validate the model and the proposed control schemes.

ML组合的CYGNSS海面风速反演质量控制模型

卷积神经网络(CNN)可用于气旋全球导航卫星系统(CYGNSS)的海面风速反演。虽然在模型训练前设置了质量控制指标来检测和削弱CYGNSS的异常观测数据,但CYGNSS观测数据中仍存在异常值导致模型反演精度降低,甚至出现错误反演结果。因此,提出一种基于机器学习(ML)组合的海面风速反演模型。在基于CNN回归模型的CYGNSS反演海面风速基础上,ML分类模型生成CNN回归结果的质量标志位,该标志位可以检测并删除CNN回归结果的异常值,进一步提高风速反演结果的数据质量,ML分类模型能够更好地考虑各种数据误差之间的相互作用,而不是单独使用每个条件的阈值,以达到更优的海面风速反演精度的效果。实验对比了Logistic回归(LR)、决策树(DT)、朴素贝叶斯模型、K最邻近(KNN)算法、神经网络(NN)模型、支持向量机(SVM)算法等6个分类模型,其中,基于KNN算法的分类模型对风速反演质量控制的效果最优。所提风速反演组合模型显著提高了反演结果的精度,在0~20 m/s区间内,异常样本过滤率为81.27%,在所有被过滤的数据中,过滤正确率为86.03%;风速反演误差的均方根误差从无ML分类模型的1.7 m/s降低到有ML分类模型的1.44 m/s,其中,训练样本为0~10 m/s的反演结果精度提升效果较为明显,证明了所提风速反演组合模型对风速质量控制的有效性。

基于Labwindows/CVI高速风洞攻角测控系统的设计与实现

结合高速风洞攻角测控系统硬件控制的实践和需求,引入虚拟仪器技术,提出了一种在Labwindows/CVI平台上开发高速风洞攻角测控系统的方法。对Labwindows/CVI平台下开发高速风洞攻角测控系统的技术实现进行了详细说明,并给出了相关构造功能描述和部分核心代码及其说明。现场运行表明,该系统提高了实际硬件系统的安全性和稳定性,用户操作简便,并且具备了更好的可扩展性和可维护性。

双馈感应式风电场电网友好型功率控制系统技术改造

当前我国电网新能源装机渗透率高,迫切需要光伏电站、风电场深度参与电网调峰、调压,为此分析目前双馈感应式风电场功率控制系统结构复杂、功能重叠、信息传递环节多、故障率高、控制策略落后的现状,论证双馈感应式风电场进行电网友好型功率控制系统技术改造的必要性、可能性,提出包括优化系统结构、改进控制策略、简化通信网络、充分发挥双馈风电机组优良的有功/无功控制能力等各项改进措施,并以双馈感应式风电场功率控制系统技术改造实例加以说明,同时对新能源电站是否必须加装无功补偿装置进行讨论。性能验收试验表明,改造后的风电场功率控制系统无需配置无功补偿装置,其各项技术指标优于国家技术标准。该项技术的应用有利于电网的安全、稳定、经济运行,在新建风电场推广可降低造价昂贵的一次性投资,减少运行损耗,具有一定的社会效益和经济效益。

采用变速恒频机组的风电场并网问题研究综述(英文)

随着风电技术以及电力电子技术的不断进步,越来越多采用变速恒频机组的风电场被接入电网。变速恒频机组相对于传统的恒速恒频机组,在电机结构和控制机理上更为先进,能够实现更为灵活的电网接入。虽然变速恒频机组在一定程度上增强了电力系统的稳定性,但一些新问题也随之而来,例如先进的控制器显著增加了系统的复杂性、风机的功率变换器发出谐波电流降低了系统的电能质量等。此外,如何通过给变速恒频机组增加附加控制器,实现其与传输系统及储能系统的协调控制,以改善系统性能,也是当今学术界的一个重要课题。文中对上述这些采用变速恒频机组的风电场并网问题的最新研究成果进行了综述。

液压型风力发电机组调速系统的DMC预测控制方法研究

以液压型风力发电机组调速系统为研究对象,针对变量马达的恒转速控制问题,结合动态矩阵控制(DMC)原理,提出一种基于DMC的液压型风力发电机组调速系统预测控制方法,并通过Simulink-AMESim联合仿真技术分析预测步长与控制步长对转速控制的影响规律。研究结果表明,与经典PID控制方法相比,基于DMC的预测控制方法提升了液压型风力发电机组调速系统的控制性能,可为后续工程实际应用提供理论指导。

DFD风洞数据采集与控制系统设计

完成了风洞数据采集与处理系统方案设计及风速闭环控制方案设计,在此基础上实现系统的硬件及软件设计。系统软件采用美国NI公司的LabVIEW6.1为平台进行开发。并完成了落差系数、动压时间稳定姓、轴向静压梯度、边界层及湍流度等的流场校测。系统具有很好的使用效果。

大型变速风力发电机组的自适应模糊控制

控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键。风力发电机组是复杂多变量非线性系统,具有不确定性和多干扰等特点。本文提出使用模糊逻辑推理系统得到低风速时的发电机参考转速,该方法无需测量风速,避免了风速测量的不精确性。根据机组的运动方程,采用最近邻聚类学习算法建立发电机电磁转矩自适应最优模糊控制,低风速时获得最大风能利用系数。算法综合考虑风力发电机组的机械特性和电气特性,系统辨识作为控制算法的一部分自动执行。高风速时,变论域自适应模糊控制器控制桨距角,机组能准确地保持在额定功率发电。仿真结果表明了本文提出方法的有效性。

开放式风速控制系统的研制

在海洋工程结构动力模型模拟试验中,为了实现开放环境下风荷载的实验室模拟,研发了一套开放式风速模拟控制系统;简要介绍了系统的整体结构设计和软件开发流程;由于在开放环境下进行风速的控制容易受到外界气流、温度等环境因素的影响,控制难度大且建模较困难,采用专家-模糊自适应PID控制算法,能够较好地跟踪目标风速,实现了对风速的实时模拟控制;最后通过实验验证了所设计的开放式风速控制系统能够满足实验要求。

变速恒频风力机组变桨距控制系统

在风力机空气动力学特性分析的基础上 ,讨论了变速恒频风力机组变桨距机构在低于额定风速阶段和高于额定风速阶段的不同控制策略。将模型与控制方法相结合的数字仿真表明 ,控制曲线与预期要求一致。具体设计了变桨距机构液压控制方案和电机控制方案 ,并提出了高油压冗余式电液比例变桨距机构的设计思路。

风速传感器自动化检定系统中自动控制的实现

广东省大气探测技术中心成功开发研制的风速传感器自动化检定系统(M3DS),主要用于自动检定我国现用的各型自动气象站所配套的风速传感器。该检定系统具有自动化水平高,控制准确,操作简单等优点。文章就检定系统自动控制的工作原理,从硬件软件的设计和开发等方面详细介绍了如何实现检定系统的自动控制。

风力发电机及其控制系统的对比分析

文章通过对风力机特性的分析,指出风力发电的主流控制方式是变速恒频控制方式;对几种常见的风力发电机及具控制系统进行了简单的描述,并做了对比分析。

基于无源性理论的风力机最大风能捕获控制

讨论了具有随机性风速变化和非线性的风电系统的最大风能捕获控制问题,系统采用基于无源性控制方案下的浆距角和触发角双输入控制方案,通过选择适当的状态稳态特性和注入阻尼的方法,将风能的最大捕获与系统的全局稳定性相结合,设计出了一种对风速变化和参数摄动具有鲁棒性且使风电系统具有良好动态特性的控制系统。仿真结果显示,对于具有随机性风速变化和变参数风电系统,该控制策略可以实现风能的最大捕获。

基于配电网无功优化的变速恒频双馈风电机群控制策略

针对接入地区配电网络的大规模变速恒频双馈风电机群与系统运行状况,基于单台风电机组的分段分层控制及配电网的无功优化思想,提出了变速恒频双馈风电机群并网运行的实时控制策略。并以北方某风电场及其接入系统为例,针对风速发生渐变扰动及系统侧某节点发生无功突变2种情况,对风电机群及其接入系统在该控制策略下的运行特性和关键节点的电压特性进行了仿真和分析。仿真结果说明该控制策略不但能保证风电机群最大限度地、安全地捕获风能,同时也能充分发挥机群的无功调节能力,平衡无功扰动,提高风电机群和接入系统的电压稳定性,实现全网的无功优化。

变速恒频风力发电系统及其控制技术研究

为了最大限度地利用风能,风力发电系统应采用变速恒频控制策略。分析了鼠笼异步发电系统、双馈发电系统、无刷双馈发电等变速恒频风力发电系统的原理、性能及特点,通过对比各种风力发电机和各种控制方法的优缺点,对未来风力发电机和风力发电控制技术的发展趋势做了展望:风力发电机大型化;采用变桨距和变速恒频技术;风力发电机采用直接驱动;采用智能化控制等。

风电场无功电压控制系统设计和应用

针对国内风电大规模集中接入电网引起的电压稳定和控制问题,提出了一种适用于变速恒频风电机组风电场的多模式、多目标无功电压协调控制策略。在此基础上,设计了风电场无功电压控制系统。介绍了该系统的架构、主要功能模块和接口的设计方案,通过在上海奉贤海湾风电场一期扩建工程开展现场试验,验证了控制策略的正确性,并证明通过合理控制风电场的无功输出能够有效地对并网点提供无功支撑,有助于维持接入地区电网的电压稳定。

一种提高系统频率响应特性的风储协调控制策略

风电并网规模的不断扩大削弱了电力系统的惯量水平,给频率稳定带来巨大挑战。通过分析不同风速下双馈风机(DFIG)参与惯性响应的能力,给出了一种风速分段方法,从而确定DFIG参与调频的风速范围。在此基础上,提出了一种DFIG与储能技术联合的调频控制策略,根据系统惯性响应和频率恢复2个阶段的频率变化特点,制定风储协调出力模式:在惯性响应阶段,通过虚拟惯性控制使DFIG释放转子动能以阻止频率跌落,并采用超速控制将DFIG转速变化分配至最大功率点跟踪控制运行点两侧以改善调频效果,同时逐渐增加储能系统的输出功率对DFIG后期的调频功率下降进行补充;在频率恢复阶段,将DFIG退出调频模式以避免虚拟惯性控制从系统索取能量,主要依靠储能系统出力辅助同步发电机加快完成一次调频。算例仿真结果表明所提方法能够有效改善系统的频率响应特性,避免二次频率事故的发生,提高了系统的频率稳定性。

双馈型变速恒频风力发电系统的鲁棒控制

研究了双馈变速恒频风力发电系统的鲁棒控制问题.采用定子磁场定向的矢量变换技术,建立了系统非线性数学描述,利用非线性鲁棒控制技术,设计了能实现发电机输出有功功率和无功功率鲁棒解耦控制,同时具有鲁棒干扰抑制作用的转子励磁控制器.理论分析和仿真结果均表明,所设计的控制器可以保证在风速变化、系统参数不确定性和外部干扰的情况下,风力发电系统仍能安全可靠地最大获取风能,并且输出恒频恒压的电量。

基于PSCAD/EMTDC的双馈式变速恒频风电机组动态模型仿真

以电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC为平台,应用电机矢量控制原理与比例-积分调节器串联校正等方法建立基于双馈感应发电机的变速风电机组控制系统模型,并将该模型与PSCAD/EMTDC模型库中的已有模型相结合,形成基于双馈感应发电机的变速风电机组动态模型。依据变速风电机组的运行特性对该模型进行校验并验证其有效性,该模型为研究基于双馈感应发电机的变速风电机组的工作特性提供了新的手段。

变速变桨距风力发电机组控制策略优化

分析了变速变桨距风力发电机组的基本控制策略,提出一种放大过渡区的优化控制策略,用来消除额定功率运行点附近切换造成的功率波动及突变载荷等不利影响。依据优化的控制策略设计了三控制器平滑过渡方案,并结合先进的模糊神经网络控制算法,实现对该策略的最佳跟踪。运用Matlab仿真平台模拟了优化控制策略下的风力发电机组运行特性,结果表明所提控制策略使功率幅值降低了7.66%,突变载荷得以减缓,满足设计目的。