最大风能捕获

摘要： 小型永磁直驱风力发电系统具有非线性、强耦合的特点以及小重量和低成本的应用要求,其若采用传统的叶尖速比法进行风电机组最大风能捕获控制,在风速变化时,会存在动态性能不佳的问题。为此,文章提出了一种基于逆系统的最大风能捕获方法,其以永磁同步发电机(PMSG)为对象,引入逆系统的方法对PMSG系统进行线性补偿。该方法需要对PMSG的转子角度、速度以及机械转矩进行观测,采用常规机械式传感器会增加小型风力发电系统的重量、体积以及设计成本,而传统的无传感器技术(如滑模观测器)又存在自身抖动大的问题。对此,文章为所提方法设计了一种改进型滑模观测器。仿真结果表明,所提控制方法相较于传统的叶尖速比法具有更好的动态解耦性能,且改进后的滑模观测器能够较大程度地消除自身抖动,并可实现在全速域内准确地观测PMSG的转子角度、速度以及机械转矩。

摘要： 由风速波动性和间歇性引起的风机出力波动对电网安全稳定运行造成不利影响.因此,平抑输出功率波动性成为大惯量风机控制的主要研究目标之一.首先对影响风功率波动性的因素进行梳理,然后以风能利用效率为标准,将输出功率平押策略分为低风能利用型、高风能利用型和其它类型三类.从基本原理、方法、优缺点和研究趋势等多方面,对各类平抑策略进行全面综述和总结,对比归纳了不同控制策略的本质,并对未来研究方向进行讨论.此外,文中亦对风轮转动惯量与风能利用效率、功率波动性关系进行深入分析,论证了大惯量风机功率波动平抑过程中兼顾效率的重要性.%Power fluctuations of wind turbine caused by random and interim wind speed may bring negative influences on power system stability.Thus,power smoothing becomes one of the most important control objectives in control system of large-inertia wind turbine.This paper firstly analysis the factors that influence power fluctuations.Then power smoothing strategies are classified into three types,low efficiency power smoothing strategy,high efficiency power smoothing strategy and other strategy.The basic principle and theories of each type are reviewed and discussed in detail.The future research emphases of each type are discussed as well.In addition,the relationship between turbine inertia,power fluctuations and efficiency are analyzed in depth,and the importance of taking power smoothing and efficiency into account at the same is proved.

摘要： It is always an essential objective for designers to enhance the energy efficiency of variable-speed, pitch-regulated wind turbines. The speed-torque look-up table is commonly adopted to achieve the optimal tip-speed ratio tracking in large-scale commercialized wind turbines. Because of the constraints of the grid connection speed and rated speed of generator, only big slope transition curves can be used to characterize the relationship between torque and speed in the boundary speed of the look-up table. Nevertheless, this method affects the stability of the output power, shortens the optimal tip speed, and reduces energy yield. This paper presents an optimal control strategy with torque following the variation of generator speed optimally. That is, a unified PI (proportional integral) controller dynamically set the limit of the output torque according to generator speed. The strategy achieves the controlling target of maximal wind energy capture below rated wind speed by solving tricky problems about immeasurability of wind speed and intractability of wind speed variation.Simulation analysis and field test demonstrate that the algorithm has good stability and dynamic performance, which improves the energy efficiency. This control algorithm is easy to be realized and popularized in wind energy industry; accordingly, it has high practical engineering significance.%提高变速变桨风电机组的能效转化率是风电机组整机设计人员追求的重要目标.大型商业化机组中,通常采用转速-转矩查表法来实现最佳叶尖速比跟踪.由于受到发电机最小并网转速与额定转速的约束,查表法在这两个边界转速上,只能采用斜率较大的过渡曲线来表征转矩与转速的对应关系,这影响了输出功率的平稳性,缩短了最佳叶尖速区,减少了机组的发电量.提出一种转矩随动发电机转速变化的风电机组最优发电控制实现方法:在全风速运行范围内,基于一个统一比例积分(PI)转速转矩控制器,根据发电机转速,动态设定输出转矩限值的方法.该方法可解决风速的不可测量性、风速变化不可跟踪性等难题,实现额定风速以下最大风能捕获的控制目标.仿真分析与现场测试结果表明,该算法具有良好的稳定性与动态性能,提升了机组的能效转化率.该控制算法逻辑实现简单,易于风电行业控制器推广,有较高的实际工程意义.

摘要： 为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,实现无刷双馈风力发电机(BDFIG)的最大风能捕获,提出了一种针对无刷双馈风力发电机的直接功率控制策略.与矢量控制相比,直接功率控制(DPC)省去了复杂的坐标变换,计算量较小,结构简单,提高了系统的动态性能.通过设计滞环控制器与电压矢量表选择合适的电压矢量,能够实现无刷双馈发电机的有功功率与无功功率的解耦控制,并可以保证在风力机转速变化时,功率绕组的输出电流频率保持不变.利用MAT-LAB/Smulink搭建了无刷双馈风力发电机的直接功率控制模型,对不同风速时的无刷双馈风力发电机运行模式进行了仿真.仿真结果表明,所提方法能够实现对最大风能的快速捕获,并可以实现有功功率与无功功率的解耦控制,提高了无刷双馈风力发电系统的发电效率.%In order to maximize the utilization of wind energy,improve the efficiency of wind power generation system,and realize the maximum power point tracking(MPPT) of brushless doubly fed induction generator (BDFIG),a direct power control(DPC) strategy is proposed to realize the variable speed constant frequency of BDFIG.Compared with vector control,the main advantages of DPC are without coordinate transformation,low computational load,simple structure and the improved system dynamic properties.Using two hysteresis comparators and votage vector table to choice proper voltage vector can realize the control of the active power and reactive power independently.By establishing the DPC control system based on MATLAB/Simulink,the operation mode of BDFIG wind generator was simulated with different wind speeds.The simulation results show that the proposed method can achieve maximum wind energy capture by decoupling control on the output of active power and reactive power,and enhanced the utilization efficiency of BDFIG.

摘要： 研究了风电机组的频率下垂控制策略.在非最大风能捕获下,预留一定的风能,当系统频率变化时,使得风电机组能与传统的同步发电机一样,参与系统调频,能够有效改善系统的频率变化.基于电磁暂态软件PSCAD/EMTDC,验证该控制策略的可行性与有效性.

摘要： Taking Doubly-fed Induction Generator (DFIG) as the research object,and considering the mathematical model of the rotor flux oriented under two-phase synchronous rotating coordinate system as two subsystems,the backstepping terminal sliding mode controllers are designed for them respectively to realize maximal wind energy capture.The observer of DFIG speed and flux is designed by nonsingular terminal sliding mode,moreover,and high-order terminal sliding mode surface is used to suppress chattering effectively.The simulation results showed that the designed observer and controller can realize no static error tracking and have the characteristics of quick response,good robustness and high stability accuracy.%以双馈风力发电机(DFIG)为研究对象,将两相同步旋转坐标系下的转子磁链定向数学模型看作两个子系统,分别设计Backstepping终端滑模控制器,实现最大风能捕获.设计一种基于非奇异终端滑模的DFIG转速和磁链观测器,采用高阶终端滑模面有效抑制抖振.仿真结果表明所设计的观测器和控制器均具有强鲁棒性,能实现无静差跟踪,系统响应快,稳态精度高.

摘要： 为了改进模糊控制爬山法捕获最大风能,模糊控制器输出增量没有根据风速大小而改变的问题,对风力机特性和以往基于模糊控制捕获最大风能的方法进行分析,提出了一种新的模糊控制的风力机最大风能捕获的方法.将功率增量,前一时刻转速增量,风速增量,风速信号用在模糊控制系统中改善模糊控制器的性能.通过对1.5 MW风力机的simulink模型,用Matlab仿真,说明了新方法性能比"旧"方法好.%In order to improve the ability of capturing maximum wind energy of wind turbines, The output increment of fuzzy controller does not change according to wind speed. After the wind turbine characteristics and old method with capturing maximum wind energy by fuzzy control have been analyzed,a novel method of capturing maximum wind energy based on fuzzy control is proposed, in which the power increment, former rotating speed increment , wind speed increment and wind speed signals are all adopted in fuzzy logical system to improve the performance. With the Matlab, by a simulation for 1.5 MW wind turbine, it shows that the proposed method are of better performance than"old"fuzzy controller.

摘要： 为了解决当风力发电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,根据已知的风力发电机特性和滑模变结构系统理论,提出了在低于额定风速条件下,变速风力发电机的非线性反馈控制方案.通过使用带有风速估计的滑模控制器,利用转速值进行最大风能捕获.构建系统模型进行仿真并与传统控制策略进行分析比较,结果证实了文中控制策略的正确性和有效性.%To solve the problem that the maximum wind energy capture based wind energy utilization rate decreases due to the error in parameter identification of wind turbine or wind speed fluctuation,According to the known characteristics of wind turbines and variable structure control theory,under the condition of below rated wind speed,put forward a nonlinear feedback control scheme for variable speed wind turbines without wind speed measurements.The best torque method of the maximum wind energy capture are proposed for better performance,using sliding mode controller with wind speed estimation,making use of the rotate speed value for maximum power tracking,and there is no need for wind speed measured or estimated.Finally,the system model was built and simulation results were compared with those of the known method,which showed the correctness and effectiveness of the proposed control strategy.

摘要： 本文基于双馈风力发电系统结构及部分数学模型，分析了最大风能捕获过程，给出了采用双馈电机定子磁链定向的矢量控制策略实现最大风能捕获的控制方法。最后利用Matlab/Simulink对控制策略的可行性进行仿真验证。

摘要： 本文分析了最大风能捕获的原理；建立了永磁同步发电机的数学模型；提出了用发电机输出功率反馈的发电机转速控制方法，通过控制发电机侧变流器来实现最大风能捕获。网侧变流器采用有功功率和无功功率的解耦控制，可以根据电网的需求实现并网。在PSCAD/EMTDC仿真平台上对风电机组进行仿真，仿真结果表明所建立的风电系统可以实现最大风能捕获和并网控制。

摘要： 为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,该文提出了一种双馈风力发电机系统的最大风能捕获和转换策略.该策略通过双馈发电机定子有功和无功功率的控制既可实现风力发电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.在分析风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,推导了双馈发电机定子有功和无功功率的优化模型,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风力发电机系统的最优功率控制.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.

摘要： 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桨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,该控制策略可以使系统快速跟踪最佳叶尖速比,实现风能的最大捕获.

摘要： 在基于讨论无刷双馈发电机数学模型和功率控制的基础上，分析了无刷双馈风力发电系统的原理与结构，重点讨论了无刷双馈发电系统在额定风速以下的运行与控制方法。运用粗调、细调相结合的方法简单而有效的实现了系统的最大风能捕获，风力发电机在并网和脱网时都需要控制使其对电网不要再造成太大的冲击，所以本文讨论了柔性并网和解列过程及其相应的控制方法。

摘要： 利用Matlab/Simulink软件对变速风力机进行建模，以模拟变速风速作为风力发电系统的输入进行仿真研究，给出了风力机的静态性能数据和系统的仿真波形。结果表明：通过调节影响风力发电机性能的各因素，保持发电机的转速与主导风速之间的最优比例系数，使得风力机保持在最佳叶尖速比下运行，跟随变速风速可实现最大风能捕获。

摘要： 针对变速恒频无刷双馈风力发电系统具有参数不确定性、抗扰动及不能精确建模等鲁棒控制问题，基于风力机运行特性和无刷双馈电机数学模型，采用去除正交性假设的H∞控制理论设计一个速度控制器，以实现最大风能捕获，提高风能转换效率。在求解H∞控制器的过程中去除了正交性假设条件，在一定程度上解决了H∞控制的保守性。仿真结果表明，所设计的控制器使系统对风速变化具有快速跟踪能力，并对参数变化具有较强的鲁棒性，进而改善了对最大风能的追踪能力。

摘要： 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，本文提出了变速恒频风力发电系统风机转速非线性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，本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．

摘要： 本文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.

摘要： 本发明公开一种基于风能分布捕获最大风能的方法和系统。根据本发明，在设定时间段内多次测量风电机组的风速与风向；基于多次测量的风速与风向，构建风电机组的风能分布数据；基于风电机组的风能分布数据，判断最大风能捕获角度；以及基于所述最大风能捕获角度，指导风电机组进行偏航控制。本发明通过实时获取风速和风向二者的数值，能够有效实时地展现风电机组的风况，通过捕获最大风能方向，提升风能到电能的最大转换，提升风电机组的发电量。通过积累历史运行数据，对后续风机运行的最大风能的方向进行预测，可提前采取偏航，实现实时跟踪，减小未能捕获最大风能对风电机组造成的高载荷，减少风电机组可能出现的故障。

摘要： 本发明公开了一种利用大型风力机惯性的最大风能捕获控制方法，该方法根据最优转矩法与滑模控制方法的各自特点，在预知风速已知的前提下，设计了一种切换控制方法，在风速上升的过程中利用滑模控制等先进控制方法的快速性，在风速下降的过程中采用最优转矩法，利用其缓慢变化的特点，这种切换控制方法的优点在于，充分利用不同控制手段的特性，其次，在风速下降区间内充分利用了风力机由于惯性而具有的动能来提高在最大风能捕获阶段控制的目标功率；本发明的实施例将该切换控制方法与经典的最优转矩法，滑模控制进行对比仿真，验证了该切换控制方法的有效性。

摘要： 本发明涉及一种基于测量风速的风力发电机组最大风能捕获方法，技术方案是，将测量风速引入转速控制过程结合测量风速的平均值快速定位至最优转速区间，通过转速主动控制使风机快速过渡到最大功率点附近，缩短了转速寻优迭代时长，同时控制器会将寻找到的最优运行点的记录下来作为下次转速判断的依据，进一步提高了实际最佳叶尖速比的精度；由于风机在运行过程中的最优转速受风速变化影响，但转速相对于风速变化具有明显的滞后性，因此，通过测量风速的低频风量，将风速的变化速率作为前馈补偿分量引入最优转速控制，能够做到超前控制，有效缩短风机对于风速变化的响应时长，提高最大风能捕获阶段的动态追踪能力。

摘要： 本发明公开了一种基于ELM的最大风能捕获方法。获取机组某段时间内的有效风速信息和对应时间段的与有效风速相关的机组输出数据，去除获取到的机组输出数据中的相关性并进行归一化操作，构造ELM的训练集，使用该训练集确定ELM模型，得到风速估计模型，该模型在线给出有效风速值，进而计算转速跟踪误差，给出连续的最大风能捕获控制器。该方法获得的最大风能捕获控制器能够消除抖振现象，从而降低传动系统的载荷，延长机组的服役寿命，克服传统最优转矩算法收敛速度较慢的缺点，提高风能捕获效率，简单易行，实施成本低，需要调试的参数少，相比于传统最优转矩控制算法，能够提高机组产能，增加风电场的经济效益。

摘要： 本发明提出了一种基于鲁棒控制理论的最大风能捕获方法，其包括以下步骤：步骤1、首先对风机建模，包括对风速建模、气动系统建模、传动系统建模、功率系统建模、桨距子系统建模，还包括通过在平衡点或者运行点线性化获取风力机系统的LPV模型；选取调度变量、状态变量、扰动输入为、控制输入，得到系统状态方程；步骤2、把风力机系统状态方程转换为具有多胞形结构的线性变参数模型，并通过求解线性矩阵不等式得到具有多胞形结构的LPV控制器矩阵，使用该控制器来调节风机的转速，以实现最大风能捕获。本发明由于采用了增益调度控制方法，使得风力机系统对快速变化的风速具有很强的鲁棒性，保证了风力机系统的稳定运行，实现了最大风能的捕获。

摘要： 本发明公开一种基于风能分布捕获最大风能的方法和系统。根据本发明，在设定时间段内多次测量风电机组的风速与风向；基于多次测量的风速与风向，构建风电机组的风能分布数据；基于风电机组的风能分布数据，判断最大风能捕获角度；以及基于所述最大风能捕获角度，指导风电机组进行偏航控制。本发明通过实时获取风速和风向二者的数值，能够有效实时地展现风电机组的风况，通过捕获最大风能方向，提升风能到电能的最大转换，提升风电机组的发电量。通过积累历史运行数据，对后续风机运行的最大风能的方向进行预测，可提前采取偏航，实现实时跟踪，减小未能捕获最大风能对风电机组造成的高载荷，减少风电机组可能出现的故障。

摘要： 本发明公开了一种风电机组最大风能捕获控制方法及系统，利用BP神经网络在线辨识风电机组逆模型；对风电机组进行实时控制，在线估计风轮气动转矩，利用牛顿拉夫逊方法对风轮气动转矩与风速的物理关系进行迭代求解，实时获取风速估计值；依据风速估计值计算参考转速；以参考转速、前一时刻风轮转速、前一时刻发电机电磁转矩以及气动转矩估计值作为风电机组逆模型的输入，计算当前时刻风电机组逆模型的转矩控制量；利用BP神经网络控制器计算闭环转矩控制量；将当前时刻风电机组逆模型的转矩控制量与闭环转矩控制量相加获得合电磁转矩控制量，经变流器实现合转矩设定目标，实现风电机组最大风能捕获控制，逻辑简单易于实现，响应快，稳定性较好。

摘要： 本发明提供了一种风力发电机组最大风能捕获控制方法、装置及系统，该方法包括：获取发电机转速以及低速轴扭转角度；根据发电机转速以及最优风能比例系数，计算发电机在不同转速下的最优转矩；根据低速轴扭转角度、低速轴扭转刚度及扭转阻尼系数，计算叶轮气动转矩；根据叶轮气动转矩修正最优转矩得到目标电磁转矩；根据目标电磁转矩控制发电机运行。本发明中风力发电机组在低风速区实现了电磁转矩的优化调节，能够有效提高在风力发电机工作在低于额定风速情况下能量吸收效率，提高风力发电机组的控制性能，进而提高风力发电机年发电量。

摘要： 本发明公开了一种双馈风力机最大风能捕获自抗扰非线性控制方法，涉及双馈风机变流器控制领域。首先，本发明基于最佳叶尖速比，得到双馈风机的最佳参考转速作为外环的转速参考值，通过直接转速控制实现风力机的最大风能捕获控制，并采用扩张状态观测器对外环转子转速及系统综合扰动进行观测，以提高系统的抗干扰能力。接着，对基于定子磁链定向的转矩内环采用反馈线性化解耦控制，用以表征双馈风电机组的非线性特性。最后结合滑模控制，提出了转速外环自抗扰滑模控制器和转矩内环反馈线性化滑模控制器相结合的双闭环控制策略，提高了系统的鲁棒性及动态响应速度。因此，双馈风电机组的最大风能捕获能力得到了进一步提升。

摘要： 本发明公开了一种基于ELM的最大风能捕获方法。获取机组某段时间内的有效风速信息和对应时间段的与有效风速相关的机组输出数据，去除获取到的机组输出数据中的相关性并进行归一化操作，构造ELM的训练集，使用该训练集确定ELM模型，得到风速估计模型，该模型在线给出有效风速值，进而计算转速跟踪误差，给出连续的最大风能捕获控制器。该方法获得的最大风能捕获控制器能够消除抖振现象，从而降低传动系统的载荷，延长机组的服役寿命，克服传统最优转矩算法收敛速度较慢的缺点，提高风能捕获效率，简单易行，实施成本低，需要调试的参数少，相比于传统最优转矩控制算法，能够提高机组产能，增加风电场的经济效益。