机载风能系统动力学建模

机载风能(AWE)具有发电成本低、发电效率高、环保等优势,对机载风能系统(AWES)及其发电技术的研究在高空风能利用领域具有重要的意义。为了使机载风能系统可靠且持久地运行,系统建模以及在发电过程中控制系绳翼飞行是本领域的关键问题。AWES是动力学和空气动力学相互作用的产物,对AWES动力学的建模是设计的基础,需要从简单的模型开始。因此文章提出了一个简单的机载风能系统动力学模型。

Windformer风能系统介绍

本文介绍了目前在瑞典开发建设的采用Windformer技术的变速运行的兆瓦级风力机，文中内容及数据主要取自ABB公司网页（WWW.abb.con)。

迎风旋转——SSB风能系统公司的创新型变桨系统

在风电装置中，变桨系统是最主要的刹车系统。此外，变桨系统也X,CN．电机的效率有明显的影响作用，进而影响风电装置的投资收益。使用不合理的桨叶角度会提高运行负荷，并会对整个风电装置的使用寿命和能源收益产生负面影响。针对风电行业的新发展，本刊编辑实地访问SsB风能系统公司。

泵——提高风能系统的效率

德国泵阀制造商KSB公司在胡苏姆国际风能展上展示了他们面向风能系统提供商及原始设备制造商所提供的产品和服务。 Etaseco密封电动机泵是该展会的亮点之一，它们可安装于风力涡轮机的冷却回路，用于有效冷却电力线路。由于该产品具有设计聚凑、密封无缝及重量轻等特点，非常适合应用于空间有限的风力涡轮机舱，应用范围非常广泛。

考虑损耗的永磁风力发电系统改进功率反馈法最大风能跟踪控制

永磁直驱风力发电系统(PMSG)采用传统功率反馈最大功率跟踪(MPPT)控制方法时,需要提前获取机组的功率-转速曲线,且机组的风能转换率会随着风机使用时间而变化,从而降低了功率反馈法的控制精度。本文基于传统功率反馈控制方法,在考虑发电机内部损耗的前提下,提出考虑损耗的永磁直驱风电系统改进功率反馈法MPPT控制策略。该策略通过爬山搜索法跟踪风机最大功率点,在考虑损耗的基础上准确地计算出功率反馈法所需要的比例系数,进而计算出参考功率,从而实现最大风能跟踪。通过对该策略进行仿真和实验研究,验证了控制策略的有效性和可行性。

模型预测转矩自抗扰控制下直驱永磁同步发电机最大追踪系统

为了更好地获取风能,构建了一种基于模型预测转矩自抗扰的最大功率追踪控制系统,用于直驱永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)来实现系统的最大输出功率追踪。为了提升PMSG响应性能,增强PMSG抗扰动性能,首先在电流环设计了模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC),同时在速度环提出了一种参数补偿改进自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)策略,该方法继承了ADRC和MPTC的优点,可以很好地处理内部和外部干扰、建模误差和风速变化等不确定性问题,以实现在不同风速下最大功率追踪性能。从仿真结果可知当风速变化较小时所提控制策略转速静态误差几乎为0,传统MPTC控制策略误差为0.2 rad/s;当风速变化较大时所提控制策略转速静态误差较小,传统MPTC控制策略误差达到5 rad/s。研究结果表明所提出的控制方法在最大功率追踪较传统控制器具有更好的动态响应性能以及抗干扰性能。

风能系统的功率变换及控制

目前，风能系统在全球范围内得到了普遍的重视，并且行业内部的竞争越来越激烈。本书全面深入地分析了风力发电单元、功率转换单元和不同类型风能系统的控制系统，书中对于不同类型的风机涡轮和风电系统的基本要素给出丰富的示例，并且将物理解释、数学分析、

新型变速恒频风能转换系统的实现原理与运动学分析

为了实现风能转换系统(WECS)的变速恒频输出,降低变频逆变器系统造价,提出一种带有柔性混合驱动环节的实现变速恒频风能转换的方法。描述其变速恒频实现原理及差动调速主传动基本结构。从运动学角度分析3个转轴的角速度关系。给出伺服电动机调速幅度、调速深度、调速带等关键参数的计算公式。通过具体参数,计算低于额定风速下该变速恒频风力发电系统的特性参数。结果表明,该系统可以在稳定风能功率输出的同时,实现最大功率点追踪(MPPT)。

现代控制技术在风能转换系统中的应用

不同的风能转换系统具有不同的设计目标,控制系统是风能转换系统的重要组成部分,也是控制工程界一直十分关注的问题,然而,这类问题一直没有得到完善的解决,继续具有挑战性,大量的文献不断涌现。综述了近年来滑模变结构控制、微分几何控制、H∞鲁棒控制、最优控制、自适应控制、神经网络控制、模糊控制、专家系统及综合智能控制在风能转换系统稳定,最大风能捕获及调速系统控制等方面应用研究的主要成果与方法,并提出若干需要解决的问题。

风能转换系统随机建模与H_∞容错控制

针对带有传感器、执行器故障的风能转换系统(WECS)的建模与容错控制问题,提出了基于随机分段仿射(PWA)模型的建模方法和H∞容错控制方法。建立了风电机组多工作区域的随机PWA正常模型;针对WECS的桨距角传感器故障、功率测量传感器故障、桨距角执行器故障、电机电磁转矩执行器故障,建立风能转换系统的随机PWA故障模型;基于WECS系统的正常和故障的随机PWA模型,利用非线性耗散系统的稳定性理论与H∞鲁棒控制方法,提出并证明了WECS系统的H∞容错控制器存在性定理,给出控制器求解方法。仿真结果表明本文所提出的基于随机PWA模型的风能转换系统的H∞容错控制方法对于存在的传感器、执行器增益故障具有较好的容错控制性能。

LPV动态补偿的风能转换系统变桨距控制

当风速超过额定值时,风能转换系统需要控制节距角来实现额定恒功率控制,同时控制电机电磁转矩使转速维持在其额定值以减少系统振荡.建立了风能转换系统的机理模型并得到其线性参数变化(LPV)系统模型;在多变量(MV)控制策略的基础上,设计了基于LPV模型的增益调度控制器,对节距角和电磁转矩进行动态补偿;基于dSPACE的风能转换系统硬件在回路仿真平台进行实验研究,结果表明补偿后系统的功率误差更小,电机转速及转矩的波动明显减小,体现了更好的动态性能.

风能转换系统执行器故障重构与容错控制

针对风能转换系统中执行器故障,论文提出了一种新型的主动容错控制策略.设计滑模故障观测器,实时动态采集执行器故障前后数据信息,对执行器故障进行重构,达到故障诊断的目的.通过补偿控制,保证了滑模控制器对风能转换系统的可靠控制输入,以达到对执行器故障主动容错的功能.仿真结果表明,滑模故障观测器模块能够实时精确地重构风能转换系统执行器故障,主动补偿容错控制器在不影响风能转换系统动态性能的情况下,仍能实现系统的最大风能的捕获.

风能转换系统执行器故障主动容错控制

提出了一种新颖的风能转换系统滑模主动容错控制策略.针对风能转换系统执行器故障,运用预测控制思想和迭代算法,设计了一种故障观测器.在设定的优化时域长度内,利用实际系统与故障观测器的输出差值,通过反复迭代运算,不断地对虚拟故障信号进行调整,使其能有效地拟合实际系统执行器故障,并根据故障观测值实时调整滑模容错控制器结构.未发生故障时,故障观测值为零,系统在滑模控制器控制下稳定运行;执行器发生故障时,运用故障观测值实时调整滑模容错控制项,并用双曲正切函数代替符号函数,消除抖动.仿真实验结果表明,滑模容错控制器下的系统具有良好的容错能力,提高了风能转换系统最大风能捕获效率.

风能转换系统的MPPT变增益极值搜索控制

针对传统最大功率点追踪(MPPT)极值搜索法固定积分增益存在的不足,依据不同积分系数对系统的影响,提出了一种MPPT变增益极值搜索法,使积分增益随叶尖速比和功率系数之间平均相位移的变化而变化。仿真结果表明,采用改进后的MPPT极值搜索法,平均风能捕获率较传统的极值搜索法有所提高,且当系统达到稳定运行点后,叶尖速比的标准差较积分增益为0.01时降低了0.05,有效地抑制了系统在稳定点附近的振动,提高了系统的动态性能。

风能转换系统双频环滑模控制

为了实现额定风速以下风能转换系统风能捕获率的最大化,根据风速的多时间尺度特性,基于频率分离原理建立风能转换系统的双频环模型。在最优控制理论的指导下,针对低频环模型和高频环模型分别设计优化控制器,其中低频环采用PI控制;高频环采用加权积分型增益滑模控制。仿真结果表明,采用基于滑模控制的风能转换系统双频环优化控制方法,风能捕获率和叶尖速比相对于单纯的PI控制具有更好的控制效果,且当系统稳定运行时,风能捕获率可以保持在最优值0.475附近,叶尖速比也可以维持在最优值7附近,可以实现额定风速以下的风能捕获率最大化。

数据驱动的变速变桨风能转换系统恒功率控制

为了实现风能转换系统在额定风速以上的恒功率控制,必须同时控制桨距角和电磁转矩。针对变速变桨风能转换系统具有强非线性和不确定性难于建立精确模型的问题,将数据驱动的最优控制理论和多变量控制策略相结合,根据变速变桨风能转换系统的输入输出数据得出系统的马尔可夫参数,据此构造一个基于数据的状态观测控制器,并通过差分Riccati方程的闭合解来设计多变量最优反馈控制器。在MATLAB/Simulink的仿真结果表明:在不建立模型的基础上设计的数据驱动的多变量最优控制器能够有效地实现系统的恒功率输出控制。

一种新型旋转风能系统中聚热棚的模拟和实验研究

自然界中的尘卷风蕴含着较大能量,据此提出的一种新型类尘卷风旋转风能系统已证实能够形成稳定旋转风场。带有预旋导流叶片的太阳能聚热棚是该系统中提供热源产生旋转气流的核心部件。本文通过数值模拟结合实验研究的方法,改变聚热棚模型的尺寸参数(聚热棚半径、叶片入射角度)和加热温差,模拟得到不同条件下出口处旋转风场特征风速值的变化规律,选取出适合的聚热棚入射角度;此外,通过模拟和实验结果与相似理论综合分析得出该入射角度下聚热棚尺寸与特征风速值在不同加热温度下的曲线关系图,并给出符合火星气候条件的同类曲线,为合理预测该系统结构及运行参数,以及更进一步太空中的应用前景提供重要参考。

基于Matlab的风能转换系统控制平台开发

以Matlab/Simulink为仿真研究工具,实现了空气动力学子系统、机械传动链子系统,风能转换系统中电力电子变流及控制、风力发电机组并网的建模。采用模块化设计思想,实现了风能转换系统中各个子模块的建模仿真及系统集成仿真,通过应用实例说明该系统控制平台可灵活应用于风力发电系统的优化与控制,缩短控制系统的开发周期,为风力发电系统投入实际工程应用提供良好的技术支持。

风能转换系统的故障诊断与主动容错控制

建立了风能转换系统传动部分的故障数学模型,并且在未知干扰情况下构造了自适应故障观测器,用以检测风能转换系统传动部分的故障,并对该故障进行自适应估计。设计了主动容错控制器来保证发生故障时风能转换系统传动部分的稳定性以及可靠运行,并给出各部分详细的稳定性证明。通过对主传动链不同故障类型的仿真,表明了自适应故障诊断及主动容错控制方法的有效性和可行性。

风能变换系统在电网频率调节中的应用仿真

随着不参与电网调频的变速风能变换系统(WECS)在电网中比例增大,系统频率调节成为重大问题。针对提出了一种新的方法优化了变速风能变换系统(WECS)在电网频率调节中的应用。首先对惯性控制进行改进,将调频功能加入到WECS中;再根据WECS短时间内可以一定范围内任意调节输出有功功率的特性进行改进,使WECS在频率暂态开始时起到更大的作用;然后,再使WECS与传统调频机组协调工作,弥补WECS只能短时支持频率调节的缺陷,使系统频率暂态恢复过程有功功率的注入更合理,减小了频率波动幅度,优化了WECS输出有功功率曲线,完成了WECS的转速恢复。最后给出仿真结果与分析。