永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪模糊分数阶控制

在“双碳”背景下,风电作为零碳电力和新能源发电的主力军,在助力社会全面绿色低碳转型方面发挥了关键性作用。在保证发电稳定的前提下实现风能的最大化利用,提升风力发电系统发电量至为重要。文中针对永磁同一步风力发电系统的最大功率跟踪(maximum power point tracking, MPPT)问题进行研究。首先建立了永磁同步风力发电系统的机理仿真模型,用两电平双PWM全功率换流器连接风力发电机与电网。然后基于以上模型,分别设计了整数阶PI控制器、分数阶PI"控制器、模糊分数阶PP控制器以实现MPPT控制。最后对以上控制策略进行了仿真研究。结果表明,无论在阶跃风速还是随机风速下,模糊分数阶PU控制器相较于其他两种均具有更出色的MPPT性能与更强的鲁棒性。

直驱永磁同步风力发电系统功率控制研究

直驱永磁同步风力发电系统的高功率特性和低电压穿越特性意味着该风力发电系统需要更有效的功率控制措施来保障系统的正常运行和与之相接的电网的平稳正常供电。而对直驱永磁同步风力发电系统进行功率控制主要包括最大风能跟踪控制、有功功率平滑控制和模糊推理的变桨距控制等三种主要策略。基于这三种主要策略,本文提出了一种直驱永磁同步风力发电系统的功率平滑与控制设计方案,尝试将发电系统的功率控制与平滑策略实际应用。

直驱式永磁同步风力发电动态特性的研究

风力机的特性不仅包括静态特性,还包括动态特性。其中动态效应主要包含风的剪切效应(Wind Shear)及塔影效应(Tower Shadow)。在建立完整的直驱式永磁同步风力发电机组的模型基础之上,详细研究了由于风剪、塔影效应引起的转矩脉动量对直驱式永磁同步风力发电系统稳定性的影响。运用等效气动转矩的思想完善了传统风力机的模型,使其更加接近实际情况。在Matlab/Simulink中建立了永磁直驱风力发电机组(Directly Driven Wind Turbine With Permanent Magnet Synchronous Generators,D-PMSG)仿真模型,并对不同风速时机组运行情况进行了仿真。结果验证了风剪、塔影效应引起的转矩脉动频率为风力机旋转频率3倍的结论。仿真结果对于直驱式永磁同步风力发电有着更为实际的意义。

直驱永磁同步风力发电系统的降阶模型研究

研究了适用于小干扰稳定分析的直驱永磁同步风力发电系统降阶模型。建立了直驱永磁同步风力发电系统的13阶详细模型;对于通过传输线接入无穷大母线系统的单个直驱永磁同步风力发电系统,应用特征值分析方法,保留其与主导特征值相关的状态变量,消去其它状态变量,将系统状态方程阶数降为4阶;再用时域仿真法,对降阶模型与详细模型的动态特性进行了比较。结果表明,提出的降阶模型与详细模型具有较好的一致性,也具有较高的精度。

基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电机组建模与仿真

直驱永磁同步风力发电(D-PMSG)系统无变速箱,效率高,稳定性好,能获得质量较好的电能,通过变换器与电网相连,可灵活控制系统的电压和频率,能够对输出的有功功率和无功功率进行相对独立的控制。文章利用电力系统分析软件DIGSILENT/Power Factory,在建立D-PMSG和双PWM变换器模型的基础上,结合典型算例系统结构进行了仿真分析,验证了所建模型的正确性。

变流器开路故障下永磁同步风力发电系统运行特性分析

永磁同步风力发电系统(permanent magnet synchronous generator power system,PMSG系统)变流器开路故障时的运行特性分析,因系统的非线性性与强耦合性影响难以深入。在剖析PMSG系统电压特性的基础上,提出了一种定子电流分析方法。详细推导故障相定子电压、下管电压及直流侧对地电压在断流和续流时的数学解析式,揭示了故障时各电压的运行特征;进一步结合混合逻辑动态(mixed logic dynamic system,MLD)理论,建立PMSG系统MLD健康模型,并利用电流残差中系统耦合特性以及非线性性,体现了故障后定子电流的动态变化特性。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性,也证实了所提方法能有效解决PMSG系统非线性性和强耦合性对定子电流分析的影响。

永磁同步风力发电系统附加虚拟阻尼控制仿真及验证

永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)传动轴的扭振不仅会增加轴系的疲劳损害,严重时还会影响风电机组(wind turbine generator,WTG)的稳定性、减少机组的使用寿命。为了保证风电机组高效、稳定运行,有效抑制轴系扭振,该文详细阐述了永磁同步风电系统功率控制的基本控制策略,重点探讨与分析了控制参数与轴系阻尼对系统稳定性及轴系扭振的影响。总结出:当控制参数选择的不合适,会导致轴系扭振失稳;轴系阻尼能抑制扭振,并能够提高系统稳定裕度。基于此,该文提出一种附加虚拟阻尼的控制方法,通过在q轴电流控制环注入相应的阻尼的补偿电流,等效于引入阻尼补偿转矩、增加了轴系阻尼。所提控制策略对于抑制轴系扭振、增强机组的稳定性、增加机组的使用寿命,具有一定的现实意义与实用价值,可在轴系阻尼现实不足的情况下,可通过附加虚拟阻尼来增强轴系阻尼,进而对轴系扭振进行有效抑制。

直驱永磁同步风力发电系统的鲁棒H_∞控制

针对直驱永磁同步风力发电系统运行过程中存在的参数不确定性等问题,本文在反馈线性化模型的基础上,基于鲁棒H_∞控制理论,设计了永磁同步风力发电系统最大风能跟踪转速控制器,并分析了控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能,在Matlab/Simulink环境下对系统进行了仿真,并与传统PI控制进行了比较。结果表明,当参数摄动和外界扰动较大时,基于H∞控制的永磁同步风力发电系统具有良好的性能。

永磁同步风力发电系统最大功率跟踪控制策略及仿真分析

以永磁同步风力发电系统为研究对象,分析了永磁同步风力发电系统的风速、风力机、Boost电路和逆变器模型,研究了风力发电系统的最大功率跟踪控制和并网逆变器控制,在Boost升压电路中利用转速、整流直流电压和导通比三者之间的传递关系制定了最大功率跟踪控制策略,通过简易的PQ解耦幅相控制实现系统并网,提高了系统输出功率因数,恒定了直流母线电压,并基于Matlab/Simulink搭建仿真模型验证了该系统控制策略的有效性。

基于直驱永磁同步风力发电系统的控制器设计与研究

直驱永磁同步风力发电系统采用了背靠背双PWM变流器,基于解耦控制策略的PI控制器用于实现对系统机侧和的网侧的有效控制。工程上PI参数多采用试验加试凑的方式,造成大量人力浪费。本文对直驱永磁同步风力发电系统进行数学建模,并提出一种基于粒子群优化算法的PI参数优化,在风速突变条件下对系统仿真分析,结果表明利用粒子群优化算法的PI控制参数能较好的拟合真实值,动态响应快。进而验证了该方法在工程应用中的可行性和有效性。

永磁同步风力发电系统机侧PWM控制研究

针对永磁同步风力发电系统机侧PWM控制算法进行了研究。介绍了永磁同步风力发电系统的基本组成和原理,比较了不控整流和PWM控制整流的区别。根据矢量控制原理,提出了在永磁风力发电系统中采用全功率变流器对机侧进行控制的有效策略,并设计了一套2 k W的永磁同步风力发电平台进行实验,通过实验结果验证了控制算法的正确性和可行性。

直驱永磁同步风力发电系统功率控制策略研究

直驱永磁同步风力发电系统解耦控制工作要在接入电力系统后,配合变流器直流侧boost电路完成跟踪,从而有效评估定值后,完成变桨距控制处理方案,最大程度上提高控制效果,进一步实现可调控制。简要介绍直驱永磁同步风力发电系统的组成部分,并对网侧变流器控制、变桨距控制等具体内容展开讨论。

永磁同步风力发电机最大功率跟踪技术研究

介绍了风力发电机运行原理,以及常用的风力发电机功率跟踪技术。在Buck-Boost Chopper电路的基础上,对其进行反向应用,推导出永磁同步风力发电机功率和Buck-Boost Chopper电路IGBT(绝缘栅双极晶体管)占空比的关系式。采用爬山搜索法对风力发电机最大功率进行搜索,并通过Matlab/Simulink仿真得出了整个推断的正确性。

永磁直驱式同步风力发电系统滑模自寻最优控制

针对永磁直驱式同步风力发电机系统部分负荷阶段的最大功率捕捉问题,提出了一种滑模自寻最优控制策略。在风力机和永磁同步风力发电机非线性数学模型基础上,利用滑模变结构自寻最优控制算法实现风力发电系统最大功率捕捉,同时用自适应参数改善滑模变结构控制带来的输出颤振。该方法具有无须测量环境风速和精确风力发电系统数学模型的优点。仿真证明该方法具有良好的控制效果。

基于转矩和磁链预测的SVPWM永磁直驱风力发电系统直接转矩控制

针对传统的SVPWM直接转矩控制系统存在转矩和磁链脉动等问题,提出一种基于转矩和磁链预测的SVPWM永磁直驱风力发电系统直接转矩最大风能跟踪控制策略。通过对下一时刻转矩和磁链预测,计算出需要补偿的电压矢量,再通过SVPWM技术合成期望电压矢量。仿真结果表明在维持系统快速性的同时,有效的减小了转矩以及磁链脉动,并且能快速、准确地实现最大功率跟踪。

基于直驱永磁风电系统的改进自适应滑模控制虚拟同步发电机策略

针对直驱永磁风力发电系统中,由逆变器间的等效输出阻抗和输电线路阻抗的差异导致传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制的多逆变器并联功率不均分和环流抑制效果较差的问题,提出一种改进自适应滑模控制的多台VSG功率均分及环流抑制控制策略。根据总负荷容量和各逆变器容量计算给定功率,并根据给定无功功率实时调整虚拟阻抗值,补偿因线路阻抗差异引起的电压降落差,在αβ坐标系下分别对2台VSG展开滑模控制设计。基于逆变器输出电压与VSG参考电压之差设计滑模面,且基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论设计由等效控制、切换控制和自适应补偿项构成的自适应滑模控制器。与传统方法相比,所提控制策略实现了功率均分且具有环流抑制能力,并提高了无功功率和VSG输出电压的分配精度。最后,在MATLAB/Simulink中验证了该控制策略的正确性和有效性。

基于DSP2812的永磁直驱风力发电并网研究

针对直驱式永磁同步风力发电系统的并网运行,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法控制,提高直流侧电压利用率以及系统动态性能,降低谐波含量。在基于传统电网电压定向的双环控制策略基础上,采用基于虚拟电阻的LCL有源滤波环节取代L滤波,提高滤波特性和电流内环的响应速度,降低设备损耗和成本。运用MATLAB/Simulink建立系统的仿真模型对提出的控制策略进行验证,仿真结果表明了控制方案的可行性,系统能够可靠稳定地向电网输送电能。最后基于TMS320F2812 DSP芯片设计了5kW样机系统,实验结果表明系统运行效果良好,能够实现单位功率因数并网。

风力发电系统的Hamilton建模及其无速度传感器控制

本文研究了基于端口受控Hamilton(port-controlled Hamiltonian,PCH)模型的永磁同步风力发电系统的无速度传感器控制问题.首先根据风力发电系统本身的物理结构特性,建立其端口受控Hamilton结构模型,然后基于此模型设计了系统的全维状态观测器,得到系统的速度估计,从而实现了系统无速度传感器控制.在控制器设计中还考虑了系统存在参数不确定情况下的自适应控制问题,以及在控制器设计中用状态量的估值直接替代不可测状态量时存在的误差问题.最后仿真实验证明了控制器的有效性.

基于Hamilton模型的风力发电系统的自适应控制

研究了基于端口受控哈密尔顿模型(PCH)的永磁同步风力发电系统的无源性控制(PBC)问题。在对风力发电控制系统设计中,充分利用其本身的物理结构特性,选择系统能量函数,并基于哈密尔顿方程,建立系统的端口受控哈密尔顿结构模型,基于此模型设计了风力发电系统的无源性控制器,该控制器不仅简单易实现且反映了系统内部结构以及动态特性的信息。同时,在控制器设计中还考虑了系统存在参数不确定和外界干扰情况下的自适应控制问题。仿真实验证明了控制器的有效性。

考虑塔影与风切变的永磁同步风电系统最大风能跟踪控制策略

为了保证风电机组高效稳定运行,通过在转矩控制环节中引入模糊变增益的转速补偿转矩,有效地减轻了由塔影效应、风切变、风速中的随机脉动分量引起的风力机输出的机械转矩波动与按照最优叶尖速比法计算的参考转速的波动对永磁同步风力发电系统的影响,抑制了风电系统的低频震荡并保证了系统的稳定性。当考虑到轴系的摩擦损耗时,为了真正地实现最大风能跟踪,通过对最优叶尖速比进行修正,得出最大电磁功率所对应的准确的参考转速,使得机组运行在最大电磁功率对应的工作点处。在Matlab/Simulink下构建了直驱永磁同步风电系统的详细仿真平台,验证了该方法的正确性与有效性。