基于微分几何的风力发电机组恒功率控制

当风速超过额定值时,可以通过降低风力机的转速实现恒功率控制从而避免使用复杂的变桨距机构,本文基于微分几何理论设计了非线性控制器,实现了变速风力发电机组的恒功率控制.首先,分析了风力机的空气动力学特性,这是所提出的恒功率控制方法的理论依据;然后,通过微分几何反馈线性化变换,将风力机的非线性模型全局线性化;最后,基于新的线性化模型设计了非线性控制器,实现了变速风力机的全局精确线性化控制.仿真结果表明,所提出的控制方法在风速大范围变化的情况下能有效的实现变速风力发电机组额定风速以上的恒功率控制.

变桨距风力发电机组恒功率反馈线性化控制

在额定风速以上时,为保证风电机组的安全稳定运行,需要降低风力机捕获风能,使风力机的转速及功率维持在额定值,基于微分几何反馈线性化方法,提出变桨距风力发电机组恒功率控制策略.建立了风力机的仿射非线性模型,采用微分几何反馈线性化变换实现全局精确线性化;根据新的线性化模型,以风力机转速为输出反馈变量,叶片桨距角为输入控制变量,设计桨距角控制器;在风速高于额定值时调节风力机维持在额定转速,从而实现额定风速以上的恒功率控制.仿真结果表明,所提控制策略能较好地解决变桨距风力发电机组额定风速以上的恒功率控制问题,控制方法具有较好的适应性和鲁棒性.

风力发电系统的恒功率非线性H_∞鲁棒控制

风力发电系统传统控制器的缺点在于,基于某一工况点的局部线性化方法无法实现全局范围的精确控制,且传统的控制理论无法应对内外干扰.本文将精确反馈线性化方法与线性H∞理论相结合设计非线性H∞控制器.首先用微分几何精确线性化方法将非线性风电模型全局线性化,然后运用线性H∞控制理论对此线性系统设计控制器,将两者结合有原风电系统的非线性H∞变桨距控制器.最后对12m/s至24m/s阶跃风,12m/至22m/s骤变风,18m/s至20m/s随机风,以及风力机转动惯量下降10%的情况进行仿真,能实现风机转速及输出功率的恒定.验证了该控制器在全风速段的精确控制,并且具有良好鲁棒性.

基于非线性解耦控制的三相电压型SPWM逆变器

该文针对变速风力发电机组系统所用的三相电压型SPWM 逆变器,采用非线性变换和非线性反馈理论,建立了三相电压型 PWM 逆变器非线性数学模型,推导出其反馈线性化方程,从而得出三相电压型 PWM 逆变器有功电流和无功电流的解耦控制策略。仿真和实验结果表明,该控制策略能较好地实现三相电压型 PWM 逆变器的解耦控制,具有较好的动态特性和较强的鲁棒性,能够提高变速风力发电机组供电质量。

基于反馈线性化的液压型风力发电机组最佳功率追踪控制

液压型风力发电机组在额定风速以下时为获得最多电能,需随风速变化追踪最佳功率点.建立并网液压型风力发电机组仿射非线性数学模型,基于反馈线性化方法,分别以风力机转速和液压系统传输功率为输出,以变量马达摆角为控制输入,线性化系统,设计最佳转速与最佳功率追踪控制器,实现机组在额定风速以下随风速变化输出最佳功率.仿真结果表明,以液压系统传输功率为控制输出的功率追踪过程动静态特性较好.理论分析表明,控制器中高压腔压力变化率是否可以规划,是影响功率追踪过程稳定性的关键因素.

减小风力机1P气动载荷和3P气动转矩脉动的独立变桨距控制策略研究

为研究风切变和塔影效应对三叶片风力机气动载荷、气动转矩以及输出功率的影响，根据风切变和塔影效应的风速模型，引入等效风速模型，推导分析风力机1P（P为风轮旋转频率）气动载荷和3P气动转矩脉动的形成机理，并基于GH Bladed仿真平台验证这2种脉动的存在性。为减小这2种脉动对风力机产生的影响，基于变桨控制，设计带通滤波器过滤出风力机输出功率的3P脉动分量，并结合方位角信号将其转换为每支叶片的桨距角调节信号，与统一变桨控制的桨距角参考信号叠加，实现基于输出功率和方位角联合反馈的独立变桨距控制。仿真结果表明，所提独立变桨距控制策略不仅能有效缓解风力机1P叶根挥舞载荷脉动，还能明显减小气动转矩和输出功率的3P分量，从而在减小风轮疲劳载荷的同时提高风电机组输出电能质量。