变速风力机稳定性研究

大规模变速风电机组并网运行引起的风电场安全问题应给予更多关注。以变速风力机整体为研究对象,分析了风力机稳定性与运行状态、控制策略、发电功率以及风速的关系。针对定功率控制过程中出现的失稳现象,建立了定功率控制过程中的小信号模型,通过研究平衡点的稳定性,近似给出了风力机的稳定运行边界。从物理概念分析了平衡点的稳定性,阐述了桨距角和风速变化引起的风力机失稳过程,并提出了风力机稳定性的判别方法。

变速风力机变桨距系统建模与仿真

变速风力发电机组一般采用变桨距控制来稳定输出功率,但是桨距角的改变会引起攻角的改变,从而引起叶片气动性能的改变,所以在变桨距控制过程中,必须保证合适的攻角,以确保风力机具有良好的气动性能。采用统一变桨距控制方法,在matlab/simulink环境下,通过预测攻角仿真研究了变速风力发电机组的变桨距控制过程,结果表明,该控制模型能正确模拟各种风速下风力发电机组变桨距的动态过程,为进一步研究变速风力发电机的功率控制奠定了基础。

基于自适应神经网络的高阶非仿射变速风力机系统全局跟踪控制方法

根据高阶非仿射变速风力机的特性,提出自适应神经网络全局跟踪控制方法,实现对变速风力机转速的跟踪控制,解决由风的波动性和随机性导致的变速风力机控制中长期存在的非线性时变参数问题。首先,建立变速风力机的非线性模型,通过系统转换,将非仿射系统模型转换为仿射的严格反馈系统模型。然后,使用神经网络观测器对系统不可得到的状态进行估计。最后,将自适应神经网络全局跟踪控制方法用于系统的局部控制器,并通过仿真验证该控制方法具有良好的控制效果。

变速风力机的最大风能捕获控制策略研究

对风力机、传动链和发电机的数学模型进行了简化处理,得到了系统运动方程,结合风力机的转矩特性,提出了一种新的分段控制策略。这种方法不需要检测风速和功率信号,只根据叶轮转速来控制发电机的电磁转矩,便可实现风力机的最佳叶尖速比运行,从而最大限度地捕获风能。Matlab/Simulink仿真结果验证了算法的稳定性和有效性。

变速风力机的建模与仿真

阐述了变速风力机的风能捕获原理;分析了功率特性和转矩特性;建立了风速的四分量时域模型和变速风力机输出功率及转矩仿真模型。在不同风速下进行仿真,结果可为风力机性能分析提供参考。

变速风力机的静态特性仿真研究

根据变速风力机的静态特性,在Matlab/Simulink的环境下建立了变速风力机的仿真模型,在不同的风速下进行仿真研究,讨论了变速风力机的静态特性与叶尖速比及桨距角等参数之间的关系,结果为变速风力机性能分析提供了参考。

变速变桨距风力机功率控制策略

针对风力机运行区域特点,提出变速变桨距风力机功率控制策略。以风力机专业设计软件Bladed为工具,对风力机功率控制策略进行仿真研究;结合C++语言对Bladed进行二次开发,设计其外部控制器;外部控制器和Bladed进行数据交换,控制风力机功率输出,优化风力机性能。仿真结果表明:在额定风速以下,外部控制器能够追踪最大功率;在额定风速以上,外部控制器能够使输出功率幅值小于采用内置控制器时的输出功率幅值,并使输出功率值稳定在额定值附近;在全负荷最优控制阶段,外部控制器能够根据风速的变化迅速做出调整,实现控制平滑过渡。外部控制器的功率控制性能更优,验证了所提功率控制策略的正确性和可行性。

变速变桨距风力机监控过程动态仿真

研究了风力机基本工作状态及状态之间转变的监控过程,通过分析变速变桨距风力发电机组的运行特点,建立了包括风轮气动、传动系统及发电机在内的风力机整机数学模型和监控过程的控制模型,并开发了相应的计算软件。以一600kW风力机为分析对象,对风力机基本工作状态及监控过程进行动态模型仿真,通过计算对比,验证了动态仿真的正确性。研究成果为风力机监控过程提供了便利的分析工具。

变速直驱永磁风力发电机控制系统的研究

在直驱永磁风力发电系统中,永磁发电机的输出电压的幅值和频率随风速的波动而变化,不可直接并网。根据风力机运行特性和最佳风能利用原理,本文设计了由不可控AC/DC整流器和可控DC/AC逆变器组成的控制系统,通过控制逆变器的输出电压或电流实时跟踪给定值,来控制永磁发电机电磁转矩,实现最大风能的获取和无功功率可调。本文在理论上分析了方案的可行性,并搭建了基于DSPTMS320LF2407的实验室硬件平台。

无差拍控制提高变速异步风力发电系统的故障承受能力(英文)

变速风力发电机对于电网扰动、故障以及电网电压跌落非常敏感,当上述情况发生时风力发电机将从电网切除,直到电网恢复正常才能重新投入运行。如何在电网发生扰动时保持风力发电机的正常运行是一个有挑战性的课题。未来的电网规范甚至要求在电网发生故障时风力机组仍能保持运行,这就要求必须安装保证风电机组低电压运行的控制装置。文中针对采用全载换流器与电网进行连接的异步风力发电机组提出了相应的风电机组低电压控制器及控制策略,无须进行硬件改造即可实现电网故障情况下风电机组不退出运行。其中,风电机组电气子系统控制器基于无差拍控制策略进行设计。算例给出了300kW的风电机组在30%电压跌落情况下的暂态过程,没有加入控制器之前风电机组将停机,加入之后则可以保持运行,验证了所提方法的正确性。

基于超级电容器储能的STATCOM对直驱风力机并网性能改善的研究

本文主要研究了采用基于超级电容器的静态同步补偿器(STATCOM)的永磁(PMSG)直驱变速风力机控制策略。基于Matlab/Simpower实现对风力发电机侧整流器最大功率提取、电网侧逆变器和STATCOM的控制策略,采用不同容量超级电容器储能的STATCOM系统在电网出现故障或者受到干扰时提升风力发电系统稳定状态和动态性能。大量仿真结果表明:与传统的STATCOM相比,采用基于超级电容器的STATCOM能有效改善并网过程中出现的电压闪变及波动,减小频率的波动,并能对故障期间的电流进行有效控制,从而较为显著地改善了直驱风力发电系统的有功、无功功率,提升了风电并网系统故障穿越能力和动态性能。

基于双重变换器的变速风力发电机组最大功率点快速追踪系统

针对变速风力发电系统提出了一个新的最大功率点(MPP)快速追踪策略。该系统采用AC-DC-DC-AC变换器将永磁电机发出的电能传输给电网。鉴于DC-DC直流环节在能量传输中的重要性,采用了双重Sepic变换器,并进行了详细分析。仿真结果证明了该控制策略及变流系统的正确性和可行性。

双馈感应风力发电机组动态模型的分析与比较(英文)

在大型风力发电厂中双馈感应风力发电机组将被广泛应用,深入了解双馈感应风力发电机组动态特性非常必要。文中给出了双馈机组的8阶、5阶和3阶模型。8阶模型包括完整的传动系统模型、定子模型和转子模型;5阶模型包括定子、转子模型和简化的传动系统模型;忽略定子的暂态过程后,3阶模型包括转子模型和简化的传动系统模型。在MATLAB／Simulink软件上实现了3种模型建模。完成了对2种情况的仿真,仿真结果验证了上述3种模型的正确性,并比较了各自的响应特性。仿真结果表明:8阶模型具有最精确完整的响应,但仿真时间最长;3阶模型采用最大程度的近似,但仿真时间最短;5阶模型适合大多数既要求较快仿真速度又要求较高精度的研究。

基于PSO与模糊PI控制结合的最大风能捕获研究

针对风速突变引起风力机转速、转矩、功率等跟踪效果差问题,提出一种基于粒子群优化算法和模糊PI转矩控制器方法。根据低风速、高风速下风力机产生的功率是否达到额定功率,将风力发电机的运行区域划分为低负荷和满负荷。在低负荷区控制发电机最优转矩控制,保持最佳叶尖比运行能较好地跟踪功率,实现风能的最大捕获。将该策略应用于一个5 MW风力机模型中,并与前馈空气转矩(ATF)和传统模糊控制(CMPPT)两种策略比较。仿真结果表明,该策略在低风速情况下能很好地跟踪风速,实现最大风能的捕获。