基于模糊控制的风力发电系统最大风能捕获策略研究

风能作为一种清洁可再生能源,广泛应用于发电领域。然而,由于风能具有随机性、间歇性和不可控性等特点,使得风力发电系统存在诸多不确定性因素。因此,最大风能捕获是风力发电系统的重要研究课题。针对风力机在额定风速以上时,转速变化范围较大,运行状态不稳定的特点,提出了一种基于模糊控制的风力发电系统最大风能捕获策略。该策略将风速分为3段,根据风速大小选择合适的模糊控制规则对发电机输出功率进行实时控制。仿真结果表明,基于模糊控制的风力发电系统能够有效地提高风力机的运行效率,使风力发电机输出功率稳定在额定功率附近。

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制

根据风力机的特性 ,探讨了追踪、捕获最大风能的方法 ;在分析双馈型异步发电机数学模型和磁场定向矢量变换控制的基础上 ,提出了变速恒频风力发电机的有功、无功功率解耦控制策略 ,详细的仿真研究验证了控制策略的正确性和可行性。

考虑损耗转矩的风力发电系统最大风能跟踪控制

由于系统功率存在损耗,且损耗值随着风速变化而变化,导致基于功率反馈的传统最大风能跟踪策略实际应用时不能准确给定最大功率,从而影响系统风能吸收效率。该文基于直驱式永磁同步风力发电系统,在传统功率反馈控制策略的基础上,提出考虑损耗转矩的最佳电流给定最大风能跟踪控制策略。该方法通过计算系统损耗转矩,给定永磁同步发电机最佳电流值,提高了风能捕获效率。通过构建该直驱永磁同步风力发电系统的仿真模型及实验平台,完成了仿真及实验研究,验证了考虑损耗转矩的最佳电流给定最大风能跟踪控制策略的有效性。将文中所提方法与传统的功率反馈法进行比较,结果证明其效率高于传统的功率反馈法。

基于双同步坐标的无刷双馈风力发电系统的最大风能追踪控制

建立了包含风力机、齿轮变速箱和无刷双馈电机的无刷双馈风力发电系统整体模型。从转子在参考坐标下的d-q模型出发,研究了基于双同步坐标的无刷双馈电机的数学模型。根据无刷双馈电机的特性,采用磁链定向的矢量变换控制技术设计了一种新型功率控制系统。该系统通过控制发电机的控制绕组进行交流励磁,进而实现变速恒频发电机的有功、无功解耦控制,并最终实现了捕获最大风能的高效性和有效性。

基于最佳功率给定的最大风能追踪控制策略

采用双馈异步发电机(DFIG)的交流励磁发电技术不但能在变速情况下实现恒频发电,更能 通过对DFIG输出有功、无功功率的解耦控制,实现最大风能的追踪。为能在不检测风速的条件下 实现最大风能的捕获,提出了基于参考功率优化计算模型的最大风能追踪控制策略,其本质是通过 控制DFIG的输出有功功率来间接控制风电机组转速以追踪风力机最佳功率曲线。在此基础上, 建立了基于矢量变换控制技术的完整的变速恒频(VSCF)风力发电控制系统。仿真和实验结果验 证了该最大风能追踪控制策略的可行性、有功与无功解耦控制的有效性及工程应用的现实性。

变速恒频双馈风电机组最大风能捕获非线性控制策略

针对变速恒频双馈风电机组,讨论了基于空气动力转矩和风速估计的最大风能捕获问题。在分析了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非线性数学模型,并运用反馈线性化理论设计了非线性控制器。该控制器具有2个输出变量,即发电机转子侧d轴和q轴电压分量。q轴电压分量用于强迫风力机运行于最优转速,实现最大风能捕获;d轴电压分量用于调节系统的无功功率输出,实现系统铜耗最小化。仿真结果表明了所提出的控制策略的正确性和有效性。

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。

变步长爬山法在双馈风力发电系统最大风能跟踪控制中的应用

变步长爬山法能不依赖风速检测或风机功率—转速特性曲线而实现风力发电系统的最大风能跟踪,具有良好的应用前景。首先根据风机运行特性给出了直流机模拟风机方案,详细论述了变步长爬山法的原理及在双馈风力发电系统中的实现方法。然后将该方法应用于基于定子电压定向的双馈发电机矢量控制策略中,搭建了带直流机模拟风机的双馈风力发电系统实验平台。实验结果验证了在风速变化的情况下系统能自动搜索达到对应风速的最佳转速,实现风机最大风能捕获,并具有对快变风速的响应能力,验证了控制方案的正确性和可行性。

直流母线电压控制实现并网与最大风能跟踪

针对永磁同步风力发电机加不控AC/DC和可控DC/AC结构,提出采用直流母线电压控制同时实现并网与最大风能跟踪。分析了可控DC/AC通过功率解耦控制直流母线电压的原理。提出采用可控DC/AC对直流电容充电的直接并网方法,并详细讨论了充电电流和限流电阻的取值范围。分析了直流母线电压与发电机转速之间的关系,提出采用直流电压变步长扰动代替转速定步长扰动实现最大风能跟踪,进一步提出采用功率变化量平方的比例值作为扰动值。详细的仿真验证了文中提出的控制策略简单、可行,适用于并网型永磁同步风力发电机。

基于模糊滑模控制的风电机组最大风能追踪策略

针对风电机组最大风能追踪问题,采用一种模糊滑模控制策略。该方法首先以发电机转速和电磁转矩作为状态变量建立滑模切换面,获得等效控制律和切换控制律。其次,根据滑模切换面状态,采用模糊规则推理方法柔化切换控制作用,削弱滑模控制抖振,得到模糊滑模控制律。在此基础上,根据风力机的最优运行区域,对1.5 MW风电机组的最大风能追踪控制进行研究,仿真结果表明,该方法能够很好地控制风力机转速准确跟随风速变化,保持最佳叶尖速比和最大功率系数,使风力机输出功率保持在最优运行区域,在实现最大风能捕获的同时,降低机组机械载荷。

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。

双馈风力发电系统最大风能追踪滑模变结构控制

针对如何实现双馈风力发电机最大风能追踪(MPPT)问题,本文采用滑模变结构控制原理和定子磁场定向矢量控制原理,提出了滑模控制的最大风能追踪方案.为此首先简要的介绍了定子磁场定向矢量控制的原理,然后根据风机模型的非线性提出了滑模控制最大风能追踪方案.此方法实现了双馈风力发电机的有功,无功功率的解耦控制.提高风力发电系统转速控制的抗干扰性,实现了变速恒频控制和最大功率点跟踪的快速和稳定控制,从而捕获更多的风能.最后仿真结果验证本文提出的控制策略的正确性和有效性.

一种开关磁阻风力发电机最大风能跟踪方法

对开关磁阻风力发电机的运行原理和风轮机的功率输出特性进行了介绍,提出了一种不依赖风轮机运行参数即可实现最大风能自动跟踪的变步长控制方法。使用Matlab/Simulink构建了整个系统的模型,进行了仿真,使用直流电动机模拟风力机对提出的最大风能跟踪控制方法进行了测试,系统仿真和试验结果证明该方法是可行的。

双级矩阵变换器直驱风力发电系统最大风能追踪

提出了一种双级矩阵变换器(two stage matrixconverter,TSMC)直驱风力发电系统最大风能追踪控制策略。基于爬山法,通过引入中间变量实现对系统捕获风能状态进行判断,在此基础上,提出基于集成控制的最大风能追踪(maximum power point tracking,MPPT)算法。在Matlab中建立了TSMC风电系统仿真模型。仿真结果表明:新的MPPT算法通过对风力发电系统逆变级无功功率分阶段性的控制,不仅具有较好的准确性和稳定性,而且加快了系统捕获最大风能的速度。

基于模糊滑模控制的风力发电系统最大风能追踪

针对永磁同步风力发电系统,从空气动力学的基础理论入手,分析了机组运行时的最大风能追踪原理.根据已知的风力机特性和滑模变结构系统理论,推导出在切换面上的等效控制和切换面上滑模运动的状态方程.为了削弱抖振,采用基于最大风能追踪控制的模糊滑模控制方法,根据系统状态在线调整切换控制增益系数.通过Lyapunov稳定性定理得到系统渐进稳定的充分条件.构建系统模型并进行仿真比较,仿真运行结果证实了该控制策略的正确性和有效性.

直驱永磁风电系统能量成形与最大风能捕获

针对风速多变及外界干扰情况下风电系统出现的风能利用率低、鲁棒性差及安全可靠性差等问题,提出了一种基于能量成形的直驱永磁风电系统最大风能捕获算法。该算法采用能量成形及端口受控哈密顿(PCH)系统方法,从能量平衡的角度,建立永磁发电机(PMSG)PCH系统的非线性模型,设计了PCH系统反馈控制器。通过基于PCH系统控制器和H∞控制器的叠加反馈,设计出能跟踪最佳转矩且具有扰动抑制的PCH系统H∞控制器。实验结果表明,该控制策略实现了风电系统的变速恒频运行、最大风能利用,验证了理论模型和控制策略的正确性、可行性。

采用极值搜索法的风电机组最大风能追踪控制

针对风电机组额定风速以下最大风能追踪控制问题,采用极值搜索的方法,通过对叠加风速扰动的叶尖速比和功率系数进行傅里叶变换,获得相位差信息,确定叶尖速比的变化方向。采用S形传输函数给出叶尖速比的变化量,降低了控制量的变化幅度,柔化了控制作用,进而控制转速跟踪最佳叶尖速比,使运行点向最佳运行点移动。通过对某6 kW风电机组在额定风速以下进行仿真研究发现,该方法不需要了解风电机组精确的参数和数学模型,能够控制风力机转速较好地跟踪风速变化,保持最佳叶尖速比和最大功率系数,减小功率动态跟踪误差,在实现最大风能捕获的同时,降低机组机械载荷。

双馈发电机最大风能捕获和转换策略的仿真

为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,提出了一种既可实现双馈发电机系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的优化控制策略。在分析风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,推导了双馈发电机实现最大风能捕获和转换的定子有功功率和无功功率的数学模型,并应用基于动态同步轴系下的双馈发电机励磁控制策略实现了系统的最优控制。利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性。

基于风力机参数辨识的最大风能捕获

为了解决当风力机参数辨识错误或有扰动误差时,最大风能捕获策略出现的风能利用率下降问题,提出基于最小二乘法中的遗忘因子法辨识风力机参数,进而利用所得参数计算风力机工作于最大功率点时的最佳转速,结合定子磁链定向矢量控制技术实现最大风能捕获。以随机风为例,对1.5MW双馈变速恒频风力发电系统在风力机参数有误及辨识正确后的运行特性进行了仿真比较,结果表明,参数辨识正确后的系统在稳态和动态情况下都能很好地捕获最大风能,且风速响应速度快,鲁棒性良好。验证了所提出控制策略的有效性和正确性。

基于滑模控制的风机最大风能追踪

为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,提出了一种基于滑模控制的最大风能追踪方法.建立了风机控制系统,并且基于滑模控制原理建立了滑动平面,设计了滑模控制率,并进行了稳定性分析.利用Matlab/Simulink对系统进行仿真研究表明,实际电磁转矩能较快地跟踪期望值,验证了该控制策略的正确性和有效性.所建立的滑模控制系统不依赖于风速,具有较好的鲁棒性和控制精度,实现了最大风能追踪.