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Hamilton多智能体系统的风力发电机组协同控制

针对风力发电复杂非线性系统,研究变风速条件下实现最大风能捕获。考虑风力发电系统的非线性因素,建立了每个风力发电机的Hamilton模型。基于多智能体一致性方法,采用互联有向图表征多风力机之间的通信联系;设计了预置控制器,将领导者风力发电机稳定到期望的平衡点以实现最大风能捕获;设计了一种领导—跟随一致性控制协议,以实现跟随者多风力发电机之间以及与领导者风力发电机的协同控制。仿真验证了所提控制策略的有效性和优越性。当某风力发电机发生通讯中断后,经过0.7 s的调整便跟踪上领导者风力发电机,波动最大值为1 rad·s^(-1),且所有风力发电机都实现了最大风能捕获。

考虑充放电策略的换电站与风电-碳捕集虚拟电厂的低碳经济调度

风电-碳捕集虚拟电厂与换电站均具有一定程度的低碳性能,有助于电力系统低碳化。考虑系统源荷两侧低碳配合问题,提出一种考虑充放电策略的换电站与风电-碳捕集虚拟电厂协调低碳调度方法。在源侧引入了采用综合灵活运行方式的碳捕集电厂与风电场聚合,形成风电-碳捕集虚拟电厂,在荷侧考虑了具备“源荷”双重角色的换电站,并制定充放电策略,分析二者各自在低碳运行方面的不足之处,研究二者的低碳互补问题,并建立了以系统综合成本最优为目标函数的低碳经济调度模型。最后,采用改进的IEEE 30节点系统进行仿真验证,算例结果表明所提调度模型能在提高全网风电消纳能力的同时,实现系统低碳经济运行。

基于MPPT的太阳能充电控制器设计与实现

本文设计了一种太阳能充电器,采用STM32F103ZET6单片机作为充电器控制核心,采用降压式变换(BUCK)电路作为充电控制主电路,通过PWM信号脉宽调整蓄电池的充电电压,利用MAX4080检测太阳能电池输出电流,经过计算获得太阳能电池的输出功率,通过扰动观察算法自动调整充电电压使充电功率保持在最大值,实现了最大功率点跟踪技术(Maximum Power Point Tracking,简称为MPPT)。利用MPPT充电技术提高了太阳能电池的充电效率,缩短充电时间至少0.2h,且降低了光照强度变化对充电效率的影响,防止过度充电损坏蓄电池。此外,使用LCD1602液晶显示屏显示充电系统的状态,使用户随时了解太阳能电池板的电能输出情况和蓄电池的充电状态,具有较强的实用性。

基于智能充电控制的光纤供能系统

为了进一步提高系统的能量利用率,设计了一种基于智能充电控制的光纤供能系统。系统采用充电控制装置对后级负载稳定供能并灵活调控储能模块的充电方式,实现对远端富余的能量快速存储和合理利用,并基于反馈信号实现对系统工作状态的实时调控。实验结果表明:所提系统在不同场景下能够根据远端的负载及器件的工作状态自动调整本地激光源的输出功率,从而保证供能系统的安全工作;当光供能不足时,所储存的能量可作为备用能源对传感器件或应用设备进行紧急供能。

SPD在不同波形雷电流冲击下的极限应力研究

从实际环境中采集到的雷击波形出发,研究电涌保护器(SPD)在不同雷电流波形下的极限耐受能力,研究数据表明:SPD在不同雷电流冲击下的最大放电电流、通过电荷量与半峰值时间呈幂函数关系。通过此函数关系,可以将实际环境中采集到的电流波形对应应力转换为8/20μs波形下的测试应力,实现在SPD选型和研发测试阶段对所有波形雷电流进行防护设计。

基于P&O的恒流变脉冲充电方案研究

针对无人机电池充电极化反应导致的耐用性问题,同时为了提高激光无线传能系统对无人机电池的充电速率,提出了一种P&O的恒流变脉冲充电方案。该方案首先使用P&O实现了对GaAs薄膜光电池最大功率点的跟踪,能够快速精准的追踪到最大功率点的电流电压,确保无人机在进行能量传输时的供能稳定性;之后结合P&O以及无人机锂电池的输出特性建立了基于P&O的恒流变脉冲充电方案,实现了对无人机锂电池极化反应的改善,从而提升无人机锂电池的耐用性和整体的充电速率。仿真结果表明,基于P&O的恒流变脉冲充电方案不仅可以提高无人机锂电池的耐用性,而且较常规的恒流、恒流恒压充电方法能够减少289 s的充电时间,充电效率提升9.45%。

变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID控制

针对变速风机非线性强、转动惯量大、转轴机械阻尼随转速变化的特点,提出了变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID(nonlinear-PID,NLPID)控制策略,仿真研究表明,非线性PID控制响应快,超调小,受系统参数变化的影响较小,控制精度高,具有一定的适应性和鲁棒性。此外,该文设计了基于模糊规则切换的模糊PID-PID双模变桨距控制器,在此基础上对变速恒频风力发电系统在全风速范围内的运行进行了数字仿真研究。在高于额定风速时,通过变桨距控制器调节桨距角,系统能较好地将功率限制在额定值附近;在低于额定风速时,通过模糊推理,系统能够在免测风速的情况下给出转速参考信号,实现最大风能捕获或恒转速运行。

优化爬山算法在直驱永磁风力发电系统中的应用

为了缩短爬山算法的计算周期,提高直驱永磁风力发电系统最大风能捕捉的响应速度,提出一种根据功率扰动寻求最大功率的优化爬山算法.该算法在变步长爬山算法盲目搜索的基础上添加数据存储输出功能,构造了与电机转速对应的最大输出功率表,避免重复的计算,同时结合功率反馈控制来实现系统最大功率追踪.运用MATLAB对该算法进行仿真验证,结果表明本文所述算法的响应速度和稳定性明显超过传统变步长爬山算法.

基于功率预测的变速变桨距风电系统的优化控制

为了增强风电场主动融入大电网的能力,基于风速和功率的超短期提前一步预测,以最大风能捕获和输出功率平滑为优化目标,以发电机转速和桨矩角为控制变量,为了有效地减少桨矩角系统和机械系统的压力,制定了最小化控制标准,建立了相应的多目标优化模型。运用遗传算法求解出模型的优化解,将该优化解作用于风力发电机组来优化系统的性能。通过对1.5MW的变速恒频风力发电系统进行仿真研究表明,与传统的最大功率追踪控制相比较,所提出的控制策略提高了发电机输出功率,同时抑制了输出功率的低频波动。

光储独立直流微电网的协同控制策略研究

针对由光伏、蓄电池及可变负载组成的独立直流微电网,提出电压和电流分段式协同控制策略。该控制策略将能量管理划分为4种工作模式,采用最大功率点跟踪控制充分利用太阳能,将蓄电池作为支撑单元,当光伏模块不能稳定直流母线电压的时候,蓄电池才工作,从而降低蓄电池的切换频率。为了防止过充,将蓄电池充电分为恒流充电和恒压充电两种模式,从而增加蓄电池的使用寿命。建立Matlab仿真模型,其仿真结果验证所提控制策略的可行性。

基于最大功率点跟踪的蓄电池充电控制策略

为充分利用太阳能,延长蓄电池使用寿命,提出了基于最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)的蓄电池充电控制策略。MPPT控制采用改进的变步长扰动占空比控制算法。该策略将MPPT充电和阶段式充电相结合,保证了直流母线电压的稳定;给出了双向直流变换器的控制策略。仿真算例结果验证了该策略的有效性。

多电池组太阳能光伏电源系统的设计与应用

研究设计了一种太阳能光伏电源系统,并成功应用于户外电力设备在线监测系统中。根据设备功耗需要和安装地点的气候情况,确定了光伏阵列和蓄电池的容量;研究了不同光照和温度条件下,光伏阵列的最大功率点跟踪(Maxmum Power Point Tracking,简称MPPT)算法,使光伏阵列始终工作在最大功率输出状态,保证了蓄电池的充电效率;研究设计了多电池组协调控制与充-放电优化管理策略,有效延长了蓄电池的使用寿命。设计开发的太阳能光伏电源系统在架空输电线路状态监测系统中得到了成功应用。现场运行结果表明,该系统运行高效、稳定,完全满足工程应用需求。

水平轴螺旋桨式海流能发电装置模型分析及试验研究

以5kW级水平轴螺旋桨式海流能发电装置为原型,通过计算流体力学理论及流固耦合仿真技术研究了叶片的动力学特征,并利用叶元理论及分段求解的方法计算叶轮的驱动力矩;其次建立发电机模型并就该离网型发电系统中电流控制对机组最大功率捕获的影响进行分析研究;最后利用Matlab/Simulink搭建水平轴螺旋桨式海流能发电系统整机模型并进行仿真,仿真结果与试验结果相对比论证了模型的合理性,并进一步表明通过电流控制可以提高低流速时的能量捕获效率。

光伏系统最大功率点直接电流跟踪策略

在传统的光伏系统最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称MPPT)策略中,扰动观测法通过检测系统的输入电压电流,计算其输入功率并使其达到最大。在分析光伏电池特性及数学模型的基础上,提出了一种以系统输出电流最大为目标、不依赖光伏电池输出特性检测的MPPT策略。最后,通过电流型光伏并网逆变器上和光伏充电器的实验结果,验证了该方案的可行性和正确性。

风光互补发电系统的协调控制

通过对风光互补发电系统能量流动和运行特性的分析,归纳总结出系统的4种运行模式和15种工作状态,提出了一种包括最大功率跟踪控制、负载功率跟踪控制、蓄电池充放电控制和系统保护运行等控制策略的协调控制方案。该控制方案根据气象条件、负载和蓄电池工况,进行不同运行模式和工作状态之间的转换,并完成相应的控制策略,从而实现风光互补发电系统的优化及可靠运行。仿真结果验证了该文所论述协调控制方案的正确性和可行性。

基于液压传动的离网型风力机“变速恒频”控制研究

在自行研制的离网型风力机能量液压传递系统的基础上,提出通过电液调控实现风力机的风轮最大能量捕获和发电机最佳工作转速的"变速恒频"控制。通过建模仿真和试验,结果表明:当风速在额定值以下变化时,通过调节变量泵排量,可产生相应的风轮反力矩,使风轮转速与风速关系维持在最佳的叶尖速比,从而保证风轮最大能量捕获;而无论风轮转速如何变化,通过调节变量马达排量,就可实现发电机转速稳定在额定值附近。

一种光伏独立发电控制系统

采用爬山法实现了光伏系统的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)和铅酸蓄电池充电控制,并用单极性SPWM调制方法对逆变器进行控制.实验结果表明,本系统更充分地利用了光伏阵列的输出功率,缩短了过充阶段时间,提高了充电效率,克服了大多数光伏系统中蓄电池欠充的缺陷,延长了铅酸蓄电池的使用寿命.所采用的单极性调制相比于双极性调制,在输出同样幅值基波电压时,最小谐波频率为载波频率的2倍,且谐波幅值较低,从而使输出端滤波器的设计更加容易.

基于储能Soc日前计划的微电网实时能量优化调度方法

针对微电网实时优化调度计算的工程需要,提出了一种遵循储能Soc日前计划的基于网流模型的微电网实时能量优化调度方法。该方法以尽量遵循储能Soc日前计划为前提,首先建立以"等效供电成本"最小为目标函数,以分布式电源出力、储能单元储能水平以及微网与主网交互功率均在限值之内和微网内功率平衡为约束条件的实时优化数学模型;随后提出将该非线性优化模型转换为最小费用最大流网流模型进行线性化求解的方法。算例表明,遵循储能Soc日前计划的实时调度计划能够对上级电网起到削峰填谷的作用,无论在并网运行还是孤岛运行模式下能够有效降低微电网供电成本,日供电成本降低达30%以上,该方法能够足实时优化调度计算的工程要求。

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。