直驱风电系统最大功率捕获技术的仿真分析

对直驱风电系统最大功率捕获技术进行了仿真分析。在仿真过程中,通过控制发电机组转速来实现风力机的最佳运行,使功率系数、风力机转速及输出机械功率等参数都能运行在不同风速下的最优值,从而最大限度地捕获风能。当发电机组达到最优运行时,再通过控制整流器使其输出恒定的电压。

风电系统最大功率捕获的研究

描述了异步连接的交互式风力发电系统的应用.控制系统的目标是从风能系统中识别和提取最大功率.已应用模糊逻辑控制技术实现了风能控制系统跟踪控制器的设计.所提出的风能控制系统的模糊逻辑控制器的性能,采用真实气象数据进行了测试,它的鲁棒性和有效性由控制器仿真结果加以证明.

最大功率捕获下风力机LPV控制器设计

针对风力机在额定风速以下效率较低以及风速不确定的问题,提出最大功率捕获(maximum power point tracking, MPPT)下的多胞形控制器设计方法。考虑到风力机气动系统具有高度非线性,利用雅克比线性化和凸分解技术,以气动转矩的偏导参数为调度变量,将风力机系统转换为具有多胞形结构的线性变参数(linearparametervarying,LPV)模型,并通过求解线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMIs)得到具有多胞形结构的LPV控制器。仿真结果表明,所设计的控制器既能保证系统在额定风速以下实现MPPT捕获,又具有很强的鲁棒性。

计及弱磁效应的直驱式波浪发电系统变系数模型预测控制策略

为提高波浪发电系统(wave energy converter,WEC)能量捕获效率,并保证其在运行过程中满足系统的各种约束条件,该文以平均捕获功率最优为目标,提出计及弱磁效应的直驱式波浪发电系统变系数模型预测控制(model predictive control,MPC)策略。针对波浪激励力过大导致的变流器输出电压过调制问题,将弱磁控制引入优化算法,在满足发电机弱磁极限的前提下增大发电系统的运行范围,提高WEC的能量捕获效率。此外,基于仿真分析,发现了规则波下MPC目标函数的正则系数与平均捕获功率的对应关系。在此基础上,引入快速傅里叶变换(fast Fourier transformation,FFT)与叠加定理,构建了适用于不规则波输入的直驱式WEC变系数MPC控制策略。仿真结果表明,在不规则波浪下,所提方案能在满足系统约束条件的同时,有效提高能量捕获效率。

基于WFT的直驱式波浪能发电系统自抗扰功率优化控制

实际输入海浪的不确定性,导致直驱式波浪能发电系统工作环境中的噪音点多,传统控制策略控制效果不佳,输出功率低。文章通过分析水动力结构模型与直线电机模型,构建了等效电路;采用加窗傅里叶变换离散化不规则激励,获取频域主导激励分量及波浪能发电系统最大功率捕获条件,以确定最佳电磁力;基于d,q轴电流环矢量控制模型,设计了自抗扰控制方案,降低了激励输入噪音的影响,保证了电流跟踪效果。仿真结果表明,自抗扰控制策略的跟踪效果与滤波效果较好,抗干扰能力较强,系统功率输出优化效果明显,鲁棒性强。

波浪发电系统无速度传感器功率优化控制

波浪发电系统中的速度位置传感器工作环境恶劣,为此提出基于扩展卡尔曼滤波算法的无速度传感器方案。以永磁同步直线电机的电压电流参数为输入,基于预测和更新2个阶段,建立扩展卡尔曼滤波观测器系统,估算发电系统速度和位置。通过分析波浪能量转化装置的相幅特性,确定波浪能功率提取最大化工况下的最佳电磁力,并作为系统控制目标,通过空间矢量调制的电流控制策略实现系统控制。仿真结果表明,所提控制方案动态特性好,速度和位置观测误差小,鲁棒性强,功率优化策略效果显著。

基于卡尔曼滤波的波浪发电系统反步法最优功率跟踪控制

常规变速控制系统的精度不高,变换器晶闸管开关动作产生的高频纹波较大,为此提出一种基于卡尔曼滤波的反步控制方法。文章通过分析波浪能提取装置的受力及幅频特性,获取了波浪能转化效率最大化的控制条件,并搭建了一套基于卡尔曼滤波的波浪发电反步最优功率控制系统。通过仿真研究了3种控制方法的控制精度和有效性,仿真结果表明:低通滤波反步法存在相位延迟,不能满足最大功率捕获策略的相位条件,影响系统的最终有功功率输出;反步法的跟踪误差较大,导致系统输出的有功功率较低;卡尔曼滤波反步法的动态性能较好,跟踪电流的波形振幅较小,能保证系统全局收敛,在电机速度方向、幅值和频率突变的情况下,仍能快速准确跟踪给定信号,鲁棒性和抗干扰能力更好。

基于FNN的直驱式波浪发电系统PID控制

本文在分析浮子水动力模型和永磁同步线性发电机模型的基础上,得到了最大功率捕获条件。然后,将改进的模糊神经网络PID (RFNNP)控制算法应用于最大功率点跟踪控制。通过对模糊神经网络结构的分析,在模糊神经网络中加入Relu激活函数,构建了RFNNP控制。将模糊规则与神经网络的自学习能力相结合,根据海况变化调整PID参数,使RFNNP算法更准确地逼近非线性目标模型。仿真结果表明,采用该策略的波能转换系统是有效可行的。

一种新型变步长MPPT控制在风电并网系统中的运用

提出一种新型的变步长扰动MPPT控制策略,较常规功率反馈、叶尖速比和最优转矩型MPPT控制方法减少了风速测量仪,无需风机的功率曲线,大大降低了控制和维修成本。与传统的爬坡法比较,能更快速有效地跟踪最大功率点,且不会在最大值附近振荡,有利于系统的稳定。在Matlab/Simulink仿真环境中验证了其有效性,且实现了单位功率因素并网的同时维持直流侧电压的恒定。

MW级变速恒频风力发电机组的一种复合控制方法

分析和建立了兆瓦级风力发电机组各部分机理模型以及有效风速的模型,针对变速恒频风力发电机组(VSCF)在低风速最大风能捕获和高风速额定功率保持的控制目标,提出了间接控制策略(ISC)和模糊滑模控制方案,并对一个实际系统在各种风况下进行仿真实验。仿真结果验证了系统控制策略的可行性,该变速变桨距风力发电系统在全风速下均能获得最佳功率,并且系统具有优良的鲁棒性。

双馈型变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制研究

阐述了风力机的运行特性,分析了变速恒频风力发电系统风速与风力机功率的数学关系,提出一种变速恒频风力发电机最大功率捕获方法,分析了通过功率控制进行最大风能追踪的具体过程,研究了双馈电机有功、无功功率的解耦控制方法,建立了基于电网电压定向矢量控制的双馈型变速恒频风力发电系统最大功率捕获系统模型,并利用Matlab/Simulink对其进行仿真,结果验证了该控制策略的正确性和有效性。

风力发电机组的混合灵敏度H_∞鲁棒控制

针对风力发电机组非线性系统的不确定性和强干扰等特点,在其数学模型局部线性化基础上,引入一种混合灵敏度H∞鲁棒控制设计方法,设计了风力发电机组的转速控制器,实现了额定风速以下的风能最大捕获。仿真结果表明:鲁棒控制器应用于风力发电机组,具有鲁棒稳定性和抗干扰性能。

模型预测控制在波浪能上应用的现状与挑战

为了提高波浪能源的利用效率,许多机构和学者在波浪能转换装置的模型预测控制方面进行了大量的研究。波浪能转换装置一般要求在保持安全运行的同时实现最大功率能量捕获,其控制方法本质上是一个约束优化问题,应用模型预测控制方法能够很好地满足这一要求。首先对模型预测控制理论进行介绍,其次对国内外关于模型预测控制在波浪能转换装置上应用的研究现状进行阐述,最后指出在波浪能转换装置上应用模型预测控制方法所面临的挑战及研究方向。

新型海流能发电控制系统设计

新型海流能发电装置控制系统是基于MPPT理论,增加了最大功率捕获控制及直流电路稳压控制,通过数学模型模拟海流速度及发电机电磁力矩,并在Matlab/Simulink环境下进行系统的搭建和仿真研究。其结果表明在实际输出功率对最大功率的比值基本相同,该系统实现对最大功率捕获,并在直流母线后端电压基本稳定,验证控制系统设计的有效性。通过搭建试验平台,对该发电系统进行试验研究。记录数据拟合曲线与理论公式曲线一致,且实现电压也在合理的波动范围,试验结果证明该控制系统正确,可进一步示范应用。

风能转换系统双频环的H∞鲁棒控制

针对风速的多时间尺度特性,建立风能转换系统的双频模型,引入一种混合灵敏度H∞鲁棒控制设计方法,根据风能转换系统特点综合选择鲁棒加权函数,设计风力发电机的转速控制器,实现额定风速以下的风能最大捕获。仿真结果表明:控制器在系统模型的不确定性和强干扰情况下,具有鲁棒稳定性和抗干扰性能,有效实现风能转换系统的最大风能捕获。

新型海流能发电装置控制系统的研究

基于MPPT(最大功率点跟踪)理论及CVT(恒压转换)法的新型海流能发电装置控制系统的设计,增加了直流总线端稳压控制及捕获最大功率控制,在Matlab内建立数学模型模拟发电机输入转速及海流速度,并在Simulink环境下进行仿真研究、系统搭建及编程。其仿真结果表明给定最大功率值与实际输出功率的比值基本不变,说明该系统能够实现对最大功率捕获,直流总线端电压基本稳定,验证了整个控制系统的设计合理性。进而搭建试验平台,对整个系统进行试验研究。根据实际记录数据拟合得到的曲线与理论曲线一致,且电压也在合理的波动范围。试验结果证明该控制系统正确,可进一步示范应用。

直驱式波浪发电系统的经济模型预测控制

对于随机海浪环境下的最大功率捕获,现有控制方法没有考虑系统模型的非线性、损耗及物理约束等条件,基于经济模型预测控制,提出一种波浪发电系统功率优化方案。采用普罗尼线谱估计方法拟合海浪辐射力,基于水动力方程和电机状态方程建立波浪发电系统数学模型。在考虑电机功率损耗条件下,以最大波能捕获为经济指标,求解符合系统约束的最优电磁力。采用电流矢量和空间脉宽调制策略实现最大波能捕获控制。仿真结果表明,所提方案响应速度快,鲁棒性强,可使波浪能转换装置运行在合理范围,波浪能利用率提高,机体劳损减小。

直驱式波浪发电系统的哈密顿建模和无源性控制

由于波浪的随机特性,采用传统PID控制器实现的波浪发电系统动态性能较差,无法快速实现最大功率捕获。为此,提出一种用于封闭型直驱式波浪发电系统的哈密顿建模方法和无源性控制方案,以保证系统在波浪随机变化过程中能快速实现最大功率捕获。首先建立了系统的动力学模型和直线发电机模型,通过哈密顿框架对系统模型进行重构。根据重构的哈密顿模型的结构特点,通过修改互联矩阵的方法,消除哈密顿模型中存在的强耦合。以系统的误差能量函数作为李雅普诺夫函数,使用李雅普诺夫稳定理论和注入阻尼的方法设计无源控制器。仿真对比结果表明,所设计的控制器能有效改善系统跟踪最大功率点过程中的动态性能和稳定性能。

基于RBF神经网络的直驱风力发电系统反推控制

考虑风力发电系统的高度非线性及不确定性,提出永磁直驱式风力发电系统反推控制策略,实现最大风能跟踪。利用RBF神经网络的学习和估计能力,设计未知扰动观测器,在逼近系统未知部分的基础上优化控制器设计。仿真结果表明,所用方法提高了系统转速跟踪能力,提高了风能捕获效率。

直驱永磁同步风力发电系统控制技术综述

本文对风力机的建模及其特性模拟的方法进行了分析,结合直驱永磁同步风力发电系统的拓扑结构,重点分析和比较了机组的最优功率输出控制技术以及变换器的控制策略,并阐述了机组在低电压穿越时的控制方案,最后根据风电场接入电网后对电网的影响,探讨了几种提高电能质量和电网稳定性的措施。