基于恒频变速的风力发电机转子励磁的神经网络PID控制的研究
基于变速恒频风力发电机组电气控制系统分析
基于变速恒频风力发电机组电气控制系统分析摘要:通过比较和分析国内外的风电场在接入电网时所需要的技术规范,研究出了对风电机组进行控制的要求及与其相对应的控制的目标。
阐述了VSCF(变速恒频)风电机组在以目标为MPPT(最大功率点跟踪)的控制方案;结合了输电网的相关技术规范对风电机组提出的相应控制要求,介绍了VSCF风电机组在LVRT(低电压穿越)时的控制方法和保护措施。
同时分析了有关风电机组以提高电能质量、调频能力为目标的研究现状。
关键词:风电场;MPPT;LVRT性能近年来,风电装机容量在全球范围内保持着高速的增长,欧洲、北美和亚洲等是风电装机的主要市场。
截至2008年底,欧洲的风电总装机容量已经达到了65.9GW,比2007年有了大幅度的增长,约为15%,风能发电量约占了欧盟约4.4%的用电需求量。
根据欧盟委员会最新的规划,计划到2020年风电装机容量需要达到230GW,来满足欧盟地区14%-18%的电力需求量[1]。
中国的风电发电项目虽然起步较晚,但是截至2008年底,风电装机总容量已经达到12.2GW,以此速度计划到2020年底,全国风电总装机总容量达到3000万kW。
据世界风能委员会的预测,到2020年全世界的电能消耗将有约12%的电能来自于风力发电。
1、变速恒频风力发电系统风力发电对电力系统的影响主要体现在电能的质量方面,其中包括电压变化、谐波、闪变等3个方面的内容。
同时还在于对电网可靠性的影响,包括短期的影响和长期的影响两个方面。
短期影响为输电阻塞、备用、常规机组效率的降低、减排等4个方面,长期影响主要为对发电容量充裕度的影响,一般是从风电机组容量可信度的角度对其进行说明。
在世界范围内,北美、欧洲的风电技术一直处于领先地位,北欧国家的风力发电普及水平最高,德国风电的装机总容量排在欧洲前列,同时,由于北美的电力系统的电力市场构成以及输电网的所有权分散,使得与风电相关联的部分标准仍在起草或更新中。
变速恒频双馈风力发电机组交流励磁控制系统研究pdf
变速恒频双馈风力发电机组交流励磁控制系统研究鲍薇,尹忠东,任智慧(华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,北京102206) 摘要:介绍了变速恒频双馈风力发电系统的工作原理,分析了双馈型风机的运行性能,重点对采用双PWM 换流器结构的交流励磁系统进行了介绍,提出了一种矢量控制策略,对网侧和转子侧变换器采用不同的矢量控制,从而实现不同的控制目标。
并通过EM TDC/PSCAD 软件进行了建模仿真,仿真表明,采用介绍的控制策略,能实现风力发电系统的最大风能追踪及有功无功解耦控制,保证输出功率稳定,实现高功率因数并网运行。
关键词:变速恒频;风力发电系统;交流励磁;PWM 换流器;矢量控制;最大风能追踪中图分类号:TM614 文献标识码:AStudy on AC -excited Control System of VSCF Doubly -fedWind Pow er G eneration SystemBAO Wei ,YIN Zhong -dong ,REN Zhi -hui(Key L aboratory of Power S ystem Protection and Dynamic Security Monitoring and Control under Ministry of Education N orth China Electric Power University ,Bei jing 102206,China )Abstract :The operation principle of doubly -fed VSCF wind power generation system was analyzed ,it es 2pecially introduced the doubly -fed generator ′s AC -excited system based on a structure of dual PWM con 2verter ,presented a vector control strategy ,which adopted different vector control between the grid -side con 2verter and the rotor side converter ,in order to achieve various control goals.The simulation on EM TDC/PSCAD software shows that adopting this control strategy this article presented ,it is able to track the largest wind energy ,achieves the decoupling control of wind power system ′s active and reactive power ,ensures the stability of output power and operate on high power factor.K ey w ords :variable -speed constant -frequency ;wind power generation system ;AC excitation ;PWM con 2verter ;vector control ;tracking largest wind power 基金项目:“十一五”国家科技支撑项目(2008BAA14B05) 作者简介:鲍薇(1985-),女,研究生,Email :baowei_19850627@1 引言目前我国的风电场装机绝大多数是恒速恒频机组。
基于DSP的变速恒频双馈风力发电机控制技术的研究
现定 、 转子双馈 同时发电。双馈风力发 电机一般运行在 同步
速附近 , 以输入转子 的励磁 电流 的频 率将 非常低 , 所 控制难
度较大 。
器向转子提供直流励磁 , 此时发电机作同步电机运行。
收 稿 日期 :08— 4一l 20 0 1
14 S . D P及其外 围电路
本控制系统采用全数字化设计 , D P模块 、 由 S 速度采 样 模块 、 电流电压幅值采样模块 、 相位 差采样 、 机接 口模块 和 人 系统保 护模块等组成 。控制 器采用 T 公司 的 1 I 6位定点 电
的变 化 , 实现 变 速 恒频 恒 压 的 目的 。
事 件 管 理器 模 块 ( V 和 E B , 个 事 件 管 理 模 块 ( V EA V )每 E A)
中有 3个 全 比较单 元 ( 比较 单 元 12和 3 , 个 比较 单 元 都 、 )每 有 两 个相 关 的 P WM输 出 。 比较 单元 的时 基 由通 用 定 时 器 1 (V E A模 块 ) 通 用 定 时 器 3 E B模 块 ) 供 。 可 编 程 的 和 (V 提
n 1= /±n 7 2 , () 1
、
=
v u
×n±
() 2
式 中 :。 定 子 旋 转磁 场 的 同步 转 速 ; n为
图 1 系统硬件结 构图 13 双 P . WM 变流器 采用功率开关 I B G T构成 电压 型变流器 , 可交替实现整
t l l 为风力发 电机的转速 ; n 为励磁电流旋 转磁 场的同步转速 ; f为定子 电流频率 ; l P为电机 的极对数 ; f 为转子 电流频率。 2 当风力发电机转速发生变化时 , 可通过调节转子 电流频
基于变速恒频的风力发电机控制系统研究
( 江西江特 电气集 团有 限公 司,江西 宜春 3 60 ) 3 00 摘要 :分析 了变速恒频双馈风力发电 系统的基本 原理 ,提 出了基 于定子磁 场定 向的矢量控制 策略 。并在
M t b S l k平 台下 进 行 了仿 真 ,仿 真结 果 证 明 了模 型 和控 制 策 略 的 正确 性 。 al / i i a mu n 关键 词 :双 馈 风 力 发 电机 ;变 速 恒频 ;定 子 磁 场 定 向 中 图分 类 号 :T 3 5 M 1 文献 标 识 码 :A
和无功分量 ,再分别对这两个分量进行闭环控制 。 J
考虑 到双馈 发 电机 不论 是处 于 电动 机状 态 还 是发 电机状 态 ,始终 运 行 在 工 频 的情 况 下 ,在 这
1 双 馈 风 力 发 电机 系统 的基 本 结 构
样的频率下,定子 电阻压 降远 比电抗压 降和电机 反 电势小 ,通常 可 以 忽 略 电 机定 子 绕 组 电阻 。 由
如 图 1所 示 ,双 馈 风 电机 组 主 要 由风 力 机 、 静止 坐标 系下 定 子 电压 表 达 式 可 以看 出 ,忽 略 电 增速 箱 、双 馈 发 电 机 、变 流 器 和 主控 制 器 组 成 。 机定 子绕组 电阻 以后 ,发 电机 的定 子磁 链 与定 子
O ,由同步坐 标 其 运行 过程可 以简 单 描述 为 :首 先 由风 力 机 吸 收 端 电压 矢量 之间 的相位 差正好 是 9 。 风能产生机械转矩 ,然后通过齿轮箱等传动装置 系下 的定子 电压 方 程 同样 可 以 验证 这 一 点 。若 以 带 动发 电机转 子 转 动 ,从 而将 机 械 功 率 传 递 给发 定子磁 场定 向 ,取定 子 磁 链 矢 量 方 向 为 同步 坐标 0的 电机 ;转 子绕组 本 身接 人励 磁 电流 建 立 磁 场 ,由 系 d轴 ,则 定子 电压矢 量将 落在 超前 d轴 9 。 q 于转 子 的转 动 ,在定 子绕 组 中感 应 出 电流 ,然 后 轴负半 轴上 ,这 样 可 以进 一 步 简 化前 面得 到 的 同 步坐标 系下 的双 馈 发 电机数 学模 型 ,从 而 得 到矢 接人 电网 ,实现 风能 到 电能 的转换 。
变速恒频风力发电系统运行与控制研究
变速恒频风力发电系统运行与控制研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增长,风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式,在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
变速恒频风力发电系统作为风力发电的一种重要形式,其运行与控制策略的研究对于提高风力发电的效率和稳定性具有重要意义。
本文旨在深入研究变速恒频风力发电系统的运行与控制技术,探讨其在实际应用中的性能表现和优化策略。
文章首先介绍了变速恒频风力发电系统的基本原理和组成结构,包括风力发电机组、变速恒频控制器、并网逆变器等关键部分。
然后,文章重点分析了变速恒频风力发电系统的运行特性,包括风速变化对系统运行的影响、最大功率跟踪策略的实现等。
在控制策略方面,文章详细探讨了变速恒频风力发电系统的控制技术,包括变速恒频控制、最大功率跟踪控制、并网控制等。
文章还分析了现有控制策略的优缺点,并在此基础上提出了一种优化的控制策略,以提高系统的运行效率和稳定性。
文章通过仿真实验和现场测试验证了所提控制策略的有效性和可行性,为变速恒频风力发电系统的实际应用提供了理论支持和技术指导。
本文的研究对于推动风力发电技术的发展,提高风力发电系统的运行效率和稳定性具有重要意义。
二、变速恒频风力发电系统基本原理变速恒频风力发电系统(Variable Speed Constant Frequency Wind Power Generation System, VSCF-WPGS)是一种新型的风力发电技术,其核心在于通过变速运行的风力发电机组,实现电网频率的恒定输出。
这一系统相较于传统的恒速恒频风力发电系统,具有更高的风能利用率和更好的电网适应性。
VSCF-WPGS的基本原理主要基于风力机、发电机以及控制系统的相互作用。
风力机通过风轮捕获风能,并将其转换为机械能。
由于风速的自然变化,风轮的转速也会相应变化,这就是所谓的“变速”特性。
接着,这种变化的机械能传递给发电机,通过电磁转换过程,将机械能进一步转换为电能。
变速恒频双馈风电机组转子侧励磁变流器控制技术研究
电札 与柱 制 应 用 21 3 4 0L 8( )
变 速 恒 频 双 馈 风 电机 组 转 子 侧 励 磁 变 流 器控 制技 术 研 究 术
柴 熠 , 李 长乐
( 海 电器科 学研 究 所( 团) 限公 司 , 上 集 有 上海摘20 6 ) 0 0 3
计 , 以此为工 具 对 双馈 风 力 发 电机 的矢 量 控制 将
进行 设计 和分 析 。
1 1 双馈 风力 发 电机 的数 学模 型 .
为 了便于 分 析 , 如下 假 定 : 1 作 ( )忽 略定 、 转 子 电流高 次谐 波和定 、 转子 磁动 势高 次谐波 分量 ;
要: 介绍 了变频恒速双馈风力发 电机 的数学模型 , 分析了双馈风 电机组转 子侧变流器对 发电机励磁
的定 子 磁 链 定 向 的矢 量 控 制 策 略 , 论述 了采 用 定 子 磁 场 定 向 的矢 量 控 制 可 以 实 现 双 馈 风 力 发 电 机 输 出 的 有
功 功率 和无功功率解耦 。阐述 了变速恒频双馈风电机组转子侧变流器励磁控制策略 的仿真研究和试验波形 。
关 键 词 : 频 恒 速 ; 流 器 :矢 量 控 制 变 变
中 图 分 类 号 : M 3 12 文 献标 志码 : 文 章 编 号 :6 364 ( 0 1 0 -0 20 T 0 . A 17 —5 0 2 1 )404 -5
Ro o c t to nv r e n r lTe h o o y Re e c n ub e t r Ex ia i n Co e t r Co t o c n l g s a h i Do l - Fe f Va i to lS e nd Co s a tFr q n y d o ra i na pe d a n t n e ue c
风力发电机系统变速恒频控制器的研究与设计的开题报告
风力发电机系统变速恒频控制器的研究与设计的开题报告一、研究背景和意义随着全球对可再生能源的需求日益增加,风力发电作为一种具有广泛应用前景的清洁能源,其发展也日益迅速。
然而,由于风力发电的可变性,使得其发电机组输出功率和频率存在波动,这对于电网的安全稳定运行构成了一定的威胁。
因此,风力发电机组需要一个能够有效控制其输出功率和频率的控制器。
目前,风力发电机组的控制器主要有两种:变速恒频控制器和直驱控制器。
其中,变速恒频控制器由于其良好的稳定性和控制精度,成为了最受欢迎的一种控制方式。
它通过自适应控制算法控制风力发电机叶片的转速和角度,并将输出电压和频率调整到恒定值,从而实现了对风力发电机组的控制。
因此,本文旨在探索风力发电机系统变速恒频控制器的研究与设计,以提高风力发电的可靠性和稳定性,促进风力发电的发展和应用。
二、研究内容和目标本文研究内容包括以下两个方面:1.风力发电机系统的控制策略研究。
通过对风力发电机组的控制策略进行深入研究,探讨其变速恒频控制的原理和方法,为系统的稳定运行提供有效的控制手段。
2.风力发电机系统变速恒频控制器的设计与实现。
基于研究的控制策略,设计并实现风力发电机系统的变速恒频控制器,提高风力发电机组的稳定性和可靠性,使其能够更好地适应市场需求。
三、研究方法和步骤本文的研究方法主要包括文献调研、理论分析、仿真验证和实验验证等。
具体步骤如下:1.通过文献调研、市场调查等方式,深入了解风力发电系统的基本原理和现状,掌握系统变速恒频控制的主要思路和方法。
2.在理论分析的基础上,采用MATLAB等仿真工具进行系统仿真,以验证变速恒频控制器的控制效果和稳定性。
3.配合实验基地现场实验,进行实验验证和数据分析,验证变速恒频控制器在现实环境下的控制效果和稳定性,对系统进行优化。
4.总结控制器设计和实验结果,进一步验证本文研究的有效性和可行性,为风力发电系统的变频恒频控制提供技术参考和实践指导。
变速恒频风力发电关键技术研究
变速恒频风力发电关键技术研究1、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增加,风力发电作为一种清洁可再生的能源形式正受到越来越多的关注。
变速恒频风力发电技术作为风力发电领域的一项重要技术,具有显著的优势和应用前景。
本文旨在对变速恒频风力发电的关键技术进行深入研究,为推动风力发电技术的可持续发展和优化提供理论支撑和实践指导。
本文将首先介绍变速恒频风力发电技术的基本原理,包括其概念、特点以及在风力发电中的应用。
随后,本文将重点分析变速恒频风力发电系统中的关键技术,如风力涡轮机控制策略、最大功率跟踪控制、能量转换和并网技术等。
通过对这些关键技术的深入研究,本文旨在揭示变速恒频风电发电技术的核心机理,并探索其在实际应用中的优化策略。
本文还将对变速恒频风力发电技术的发展趋势进行展望,分析该技术目前面临的挑战和未来的发展方向。
本文将对研究成果进行总结,并对变速恒频风力发电技术提出进一步的研究和改进建议,为风力发电领域的技术创新和应用推广提供参考。
2、变速恒频风力发电技术的理论基础变速恒频风力发电技术是一种先进的风力发电技术,其核心在于在风速变化的情况下调整风力涡轮机的速度以保持恒定的输出频率。
该技术的理论基础主要涉及风机特性、发电机控制理论和电力电子技术。
风力发电机的特性是变速恒频风力发电技术的重要基础。
风力涡轮机在不同风速下的功率输出特性是非线性的,受到空气密度、叶片角度、叶片形状等多种因素的影响。
为了充分利用风能,实现变速恒频发电,有必要对风力涡轮机的特性进行深入的研究和优化。
这包括通过控制叶片角度来调节风力涡轮机的速度和功率输出,以及通过优化叶片形状来提高风能转换效率。
发电机控制理论是变速恒频风力发电技术的核心。
发电机是风力发电系统中的关键设备,其控制策略直接影响系统的性能。
在变速恒频风力发电技术中,发电机需要能够根据风速的变化调整转速,以保持输出电能的频率不变。
这需要通过先进的控制算法来实现,如最大风能跟踪控制、功率控制等。
变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术分析
变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术分析摘要:随着经济发展的不断壮大,对能源的需求指数日渐增长。
风能以其优异的特性成为了各国广泛追求的一种新能源,并明显取得好的开端。
双馈电机变速恒频(VSCF)风力发电系统在变速恒频控制方面,主要是通过对转子绕组励磁电流的相位、幅值、相序及频率的调节来实现的。
因此文章就变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术分析。
关键词:变速恒频;双馈分离发电机;励磁控制目前我国的风电场装机绝大多数是恒速恒频机组。
而国外风电领域,变速恒频机组已经成为主流,以双馈风力发电机组为主。
采用变速恒频双馈风电机组,风力机可以根据不同的工况变速运行,实现最大风能追踪,工作效率高。
双馈型发电机的最大特点是在发电机转子侧进行交流励磁,发电系统可根据风力机的转速变化调节励磁电流的频率,实现恒频输出;通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机有功、无功功率的独立调节。
这样,双馈型风力发电机组转子侧的电力电子变换器只要控制总能量的一小部分(20%~30%),也就是转差功率和换流器需要控制总功率的直驱型风力发电机系统相比,电力电子变流器的损耗可以减小,变流器的造价降低。
基于以上优点,双馈电机变速恒频(VSCF)风力发电机的研究备受关注,针对变速恒频双馈风力发电系统来讲,其其关键技术就是以电力电子、计算机控制为基础的交流励磁控制技术。
一、VSCF风力发电机的工作原理分析(一)双馈电机VSCF控制原理分析针对VSCF风力发电系统来讲,其由多部分构成,如控制器、双馈发电机、风力机、双向变流器及增速箱等。
对于双馈发电机而言,其定子绕组与电网相连;由于转子绕组具有能够可根据实际需要调节频率的三相电源激励,因此,通常情况下,系统会选用两种供电方式,其一为交-交变流器供电,其二为交-直-交变流器供电。
针对双馈发电机而言,其无论在何种转速下,均能保持运行状态,并且其转速能够随着风速的改变而进行调整,因而能使风力机始终维持在最佳运行状态,始终获得最佳的风能利用率。
风力发电机转子磁悬浮系统的模糊自适应PID控制
风力发电机转子磁悬浮系统的模糊自适应PID控制摘要:针对风力发电机转子磁悬浮系统开环不稳定、强烈非线性等特性,采用传统PID控制很难取得理想效果。
本文基于模糊理论,采用模糊自整定PID 控制算法,MATLAB仿真表明此控制方法比常规PID控制,有更好的稳定性、更高的控制精度。
关键字:风力发电机,模糊PID,MATLAB0 引言随着我国经济的快速发展,对能源的需求越来越强烈,而在能源日趋紧张的今天,新能源成为很多国家研究的热点问题,其中最有代表性的两种新能源:风能、太阳能。
相对于太阳能来说,风能的成本优势明显。
风力发电机具有技术简单,适应能力强,可以家用等诸多优点。
但是传统的风力发电机机械轴承之间的阻力过大,在微风时无法启动。
如果将先进的磁悬浮技术与风力发电机融合,辅以灵活的控制算法,将大大提高其风能利用率和环境适应能力并且有效地降低成本[1]。
然而,磁悬浮系统的非线性成为其发展和应用的瓶颈。
传统的PID控制原理简单,使用方便,适应性强。
但是对风力发电机转子这样系统多变的过程,PID 控制就无法有效地对系统进行在线控制,不能满足在系统参数发生变化时PID 参数随之发生相应改变的要求,严重的影响了控制效果。
本文介绍了基于风力发电机转子磁悬浮系统的模糊自适应PID控制方法,它不需要被控对象精确的数学模型,能够有效地消除系统参数不确定性对控制系统的影响,使控制器灵活地适应被控对象参数的变化。
仿真结果表明该控制系统有较好的控制效果。
1 传统PID与模糊PID的比较1.1 PID控制PID 控制:根据给定值与实际输出值构成控制偏差,将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制器,对被控对象进行控制。
PID 在时域的输入输出关系由式(1)表示:(1)标准的PID 调节器如图1。
图1 PID控制器标准的PID调节器传递函数:(2)比例系数主要影响系统的响应速度。
增大比例系数,可以提高系统的响应速度,但过大,则会导致超调,甚至可能带来系统的不稳定。
变速恒频风力发电机组控制策略研究
变速恒频风力发电机组控制策略研究变速恒频风力发电机组控制策略研究随着气候变化和节能减排的需求日益增长,风力发电作为一种清洁、可再生的能源方式正逐渐受到关注和广泛应用。
而变速恒频风力发电机组作为目前使用较多的风力发电机组类型之一,其控制策略的研究和优化至关重要。
本文旨在探讨变速恒频风力发电机组的控制策略,以提高其发电效率和稳定性。
首先,我们将介绍变速恒频风力发电机组的基本原理和构成。
变速恒频风力发电机组由风轮、变速传动系统、发电机和控制系统等组成。
风轮利用风能驱动转动,而变速传动系统则通过调整变速器的变速比,以适应不同的风速条件;发电机负责将机械能转化为电能;控制系统则对整个系统进行监测和调节。
针对变速恒频风力发电机组的控制策略,一种常用的方式是使用最大功率点跟踪(MPPT)策略。
该策略通过不断调整转速,使风轮处于最佳工作状态,以提高发电效率。
MPPT策略可以根据风速和电网负载的变化,自适应地调整转速,最大程度地利用风能资源。
此外,利用模糊控制、PID控制等技术手段,将MPPT策略与负载电网发电功率控制相结合,可以进一步提高发电机组的控制性能和稳定性。
另一种控制策略是采用无功功率控制(Q control)。
在电网运行时,风力发电机组需要向电网提供无功功率补偿。
Q control策略可以根据电网的功率因数和电压的变化,自动调整发电机组的功率输出,以满足电网的需求,同时保持电网的稳定运行。
此外,还可以通过电网频率和功率的闭环控制,调整发电机组的转速和功率输出,以实现发电机组与电网的协同控制。
除了MPPT和Q control策略外,还有许多其他的控制策略可以应用于变速恒频风力发电机组。
例如,通过优化协调风轮、变速器和转子的控制参数,可以提高整个系统的能量转换效率;采用动态刹车控制策略,可以有效控制风轮转速,保护发电机组的安全运行;而使用预测控制策略,则可以根据风速的变化预测将来的功率输出,从而更好地应对不稳定的风能资源。
基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制研究的开题报告
基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制研究的开题报告1.研究背景和意义随着我国科技的不断发展,电力系统的需求不断增加。
其中,发电机在电力系统中起着核心作用,而励磁系统是保证发电机稳定运行的关键部分。
目前,传统的发电机励磁PID控制算法存在一些问题,如模型精度低、控制性能差等。
为此,本文将研究基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制算法,以提高发电机的控制精度和稳定性。
2.研究内容和方法2.1 研究内容本文主要研究基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制算法,主要研究内容包括以下几个方面:(1)分析发电机励磁系统的工作原理及其控制方法。
(2)建立基于模糊神经网络的发电机PID励磁模型,对模型参数进行优化。
(3)设计发电机PID励磁控制算法,并采用模拟仿真和实验验证法来验证控制效果。
2.2 研究方法本文采用以下几种研究方法:(1)文献调研和整理:对发电机励磁系统的控制方法及相关研究进行文献调研和整理,了解现状和问题。
(2)建立模型:根据调研结果,建立基于模糊神经网络的发电机PID励磁模型,并对模型参数进行优化。
(3)设计控制算法:设计基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制算法,并进行仿真和验证。
3.预期成果本文主要的预期成果包括:(1)建立基于模糊神经网络的发电机PID励磁模型,并进行优化;(2)设计基于模糊神经网络的发电机PID励磁控制算法,并进行仿真验证;(3)验证算法的有效性,探究其在实际应用中的潜力和优势。
4.研究难点和挑战本文的研究难点和挑战主要包括以下几个方面:(1)发电机PID励磁系统的模型精度较难掌握,需要通过大量的实验数据对模型参数进行优化。
(2)模糊神经网络的设计和优化需要充分考虑不同的因素和变量,确保模型的稳定性和正确性。
(3)通过仿真和实验验证算法的控制效果,需要充分考虑系统的实际应用情况,避免误差和偏差的出现。
5.研究计划5.1 时间安排第一年:进行文献调研和整理,建立基于模糊神经网络的发电机PID励磁模型,并进行优化。
变速恒频风力发电系统励磁变频器控制研究
IGBT 的倍频式 180 kHz 感应加热电源主电路的工作
4 系统设计
图 3 工作模式
高频逆变电源硬件系统由主电路、控制电路、检
原理,并运用先进的 TMS320F2812 型 DSP 使系统更 加紧凑,提高了抗干扰性,保证了系统运行的实时性 和稳定性。并通过实验证明具有很好的实用价值。
测与保护电路以及通讯电路组成,硬件结构框图如 图 4 所示。系统以 TMS320F2812 型 DSP 为控制核 心,实现对电源的驱动信号控制、频率锁相控制、功 率闭环调节控制、逻辑保护和人机界面等功能。
参考文献
[1] 朱晓荣,彭咏龙,石新春.200 kW/400 kHz 固态高频感应 加热电源[J].电力电子技术,2006,40(3):67-69.
[2] Hammad Abo Zied,Peter Mutschler,Guido Bachmann.A Mod-
ular IGBT Converter System for High Frequency Induction
PWM 变换器结构,构建了一套基于 TMS320LF2812 的风力发电系统,并对系统并网控制、功率解耦控制进行了实验
研究。实验结果验证了该方案的可行性。
关键词:变换器;矢量控制;脉宽调制 / 变速恒频
中 图 分 类 号 :TM46
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :1000-100X(2008)11-0049-03
&
LsLr
2
pird-ωs
Lr-
Lm Ls
irq
(4)
2
pirq+ωs
Lm Ls
ψ1+ωs
Lr-
Lm Ls
ird
基于DSP的变速恒频风力发电机控制器的研究与设计的开题报告
基于DSP的变速恒频风力发电机控制器的研究与设
计的开题报告
一、选题背景
随着我国能源需求的不断增长和环境保护意识的提高,风力发电已
成为国内外优先发展的可再生能源之一。
而风力发电机组中最重要的部件——风力发电机控制器,对风力发电机组的性能和稳定性具有至关重
要的作用。
传统的风力发电机控制器采用传统控制技术,导致发电机工
作效率低下,寿命短等问题。
因此,将数字信号处理技术(DSP技术)
应用于风力发电机控制器中,成为目前解决这一问题的重要途径。
二、选题意义
本课题致力于将DSP控制技术运用于风力发电机控制器的设计与研
究中,从而提高风力发电机的工作效率和稳定性。
具体的,本课题针对
目前风力发电中变频调速系统的控制器,着手研发基于DSP的变速恒频
风力发电机控制器,对风力发电机的运行状态进行全面监控和控制,并
通过DSP算法优化控制,从而提高风力发电机组的效率,减少能源浪费,降低生产成本。
三、研究内容
1.搜集风力发电行业相关数据,了解风能资源状况及行业发展现状。
2.了解和掌握目前DSP在风力发电控制器领域的应用技术和发展趋势。
3.设计基于DSP的变速恒频风力发电机控制器,包括硬件和软件系
统的设计。
4.通过实验验证所设计的风力发电机控制器的性能和稳定性。
5.论文撰写。
四、预期成果
本课题的预期成果包括:
1.设计出性能稳定、功能强大的基于DSP的变速恒频风力发电机控制器。
2.实现风力发电机的全面监控和控制,提高风力发电机组的效率。
3.论文撰写,为风力发电控制器的应用研究提供新的思路和技术支持。
基于神经网络的风力发电并网控制研究翟宏卫
2、BP神经网络PID控制器的设计。根据BP神经网络控制器的特点和传统PID控制器的特点,设计了基于BP神经网络的PID控制器,其控制结构框图如图所示。
该控制器由两部分组成:一是传统的PID控制,实现直接对转子电流d轴分量闭环控制;二是BP神经网络控制,根据双馈发电系统的运行状态,利用BP神经网络控制算法调节PID控制器的参数,实现定子电压响应快,误差小。神经网络PID控制器以转子d轴电流分量的参考值与反馈电流误差的平方作为目标函数来调节BP神经网络的连接权值,自动调节PID的参数,经PID控制器作用于双馈发电机,从而使双馈发电机转子电流分量接近由定子磁链观测器算出的转子电流分量的参考值,进而使定子电压与电网电压接近。所建立的BP神经网络为三层网络,有输入节点,隐含层节点,输出节点。
3、仿真分析
(1)样机参数。基于BP神经网络结合PID的双馈发电机空载并网控制模型进行搭建与仿真验证,并与传统PI控制器进行对比。表为分析中的电机参数。
(2)仿真结果。由建立的模型进行仿真,仿真波形,其与传统PI控制器对比波形,如图所示。
对风力发电并网时所产生的电流冲击与波动过大的问题,基于神经网络的风力发电并网控制技术。通过建模仿真验证,该控制技术可以使得双馈发电机定子电压跟随速度快、鲁棒性强,大幅提高了系统动态性能。
变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID控制
变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID控制(辽宁科技大学电信2010.1班,辽宁鞍山)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,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。
关键词:风力发电;最大风能捕获;变桨距;非线性PID控制器;模糊PID-PID双模控制Nonlinear PID Rotating Speed Control of Variable Speed Constant Frequency Wind Turbine SystemQiao shan(University of Science and Technology Liaoning, Anshan China)Abstract:Strong nonlinearity, big moment of inertia and changing mechanical damping with rotating speed are the characters of wind turbine.A new nonlinear-PID(NLPID)controller for rotating speed control in variable speed constant frequency(VSCF)wind turbine system is proposed. Fast response,small overshoot,high precision,strong adaptability and highly robustness are obtained by the proposed strategy.A fuzzy PID-PID dual-mode variable pitch controller is designed.Based on these, the VSCF wind turbine system running in the whole working wind speed range is studied by simulations.With the action of fuzzy PID-PID dual-mode controller, system can keep the rated output power above rated wind speed;when wind speed is under the rated value,system can estimate the optimal rotating speed without test of wind speed by fuzzy controller and reach the maximum wind-energy capturing or keep the rotating speed constant.Key words:wind power generation;maximum wind energy capturing;adjustable-pitch;nonlinear-PID controller;fuzzy PID-PID dual-mode control0 引言变速恒频风力发电技术是目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的风力发电技术之一,已成为国内外风力发电领域的研究热点[1-3]。
变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究
变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究摘要:双馈电机变速恒频(VSCF)风力发电系统,是通过调节转子绕组励磁电流的频率、幅值、相位和相序来实现变速恒频控制的。
该文在分析双馈电机运行原理和励磁控制方法的基础上,设计和构建了基于80C196MC单片机的VSCF双馈风力发电机的励磁控制试验系统。
对变速恒频控制、恒压控制、并网控制以及亚同步速、同步速和超同步速三种不同运行状态之间的动态转换控制技术,进行了试验研究,为兆瓦级变速恒频双馈风力发电机励磁控制系统的设计奠定了基础。
关键词:风力发电机;变速恒频;双馈;励磁控制1.引言风力发电以其无污染和可再生性,日益受到世界各国的广泛重视,近年来得到迅速发展。
采用双馈电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电系统相比具有显著的优势,如风能利用系数高,能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力,以及可以改善系统的功率因数等。
变速恒频双馈风力发电系统的核心技术是基于电力电子和计算机控制的交流励磁控制技术。
尽管可采用理论分析和计算机仿真对变速恒频风力发电系统控制技术进行研究,然而由于仿真模型及其参数的非真实性和控制算法的非实时性,仿真研究往往难以代替模拟系统的试验研究。
本文在分析双馈电机运行原理和励磁控制方法的基础上,设计和构建了基于80C196MC单片机的VSCF双馈风力发电机的励磁控制试验系统,并对其控制技术进行了系统的试验研究。
2.VSCF风力发电机的工作原理2.1 双馈电机的VSCF控制原理VSCF风力发电系统主要由风力机、增速箱、双馈发电机、双向变流器和控制器组成,其原理框图如图1。
双馈发电机的定子绕组接电网,转子绕组由具有可调节频率的三相电源激励,一般采用交-交变流器或交-直-交变流器供电。
双馈发电机可在不同的转速下运行,其转速随风速的变化可作适当的调整,使风力机的运行始终处于最佳状态,以提高风能的利用率。
当电机的负载和转速变化时,通过调节馈入转子绕组的电流,不仅能保持定子输出的电压和频率不变,而且还能调节发电机的功率因数。
变速恒频双馈风力发电机组的模糊控制研究的开题报告
变速恒频双馈风力发电机组的模糊控制研究的开题报告一、选题背景风力发电作为清洁能源的一种,已受到全球越来越多的关注和支持。
而风力发电机组的稳定性和效率则是风力发电站稳定运转的关键。
在所有的风力发电机组中,变速恒频双馈风力发电机组因其高效、灵活性和稳定性等特点,已成为风力发电站中最常见、最主要的发电机组类型。
然而,这种风力发电机组的控制方式十分复杂,需要精细的控制算法来保证其稳定运行。
传统的PID控制算法往往难以满足其控制需求,已经越来越多的研究将目光投向了模糊控制领域。
目前,国内外对于变速恒频双馈风力发电机组的模糊控制研究,已经取得了一系列的研究成果,但是还有很多问题亟需解决。
因此,本文将对变速恒频双馈风力发电机组的模糊控制进行深入研究,并在理论分析和实践应用上取得新的进展。
二、研究内容和实施方法本文将以变速恒频双馈风力发电机组的模糊控制为主要研究内容,具体包括以下几个方面:1. 变速恒频双馈风力发电机组的控制原理及控制策略分析,包括传统PID控制算法和模糊控制算法。
2. 设计并实现变速恒频双馈风力发电机组的模糊控制系统,并进行仿真实验,通过对实验数据的分析与处理,确定最优的模糊控制参数。
3. 在实际的风力发电站中应用模糊控制策略,对比传统PID控制算法,阐述模糊控制算法的优势和实际应用价值。
实施方法:1. 收集、整理和阅读大量文献,详细了解变速恒频双馈风力发电机组的基本原理和控制方法。
2. 建立变速恒频双馈风力发电机组模型,并根据模型特点设计出模糊控制算法,并与传统PID控制算法进行比较。
3. 在Matlab与Simulink软件平台上进行实验仿真,并得出实验数据。
4. 对不同的控制算法进行实验数据处理,并从多个方面对比其效果,最终得出最优的模糊控制参数。
5. 将得到的最优参数应用到实际风力发电站,进行现场实验和效果验证。
三、预期成果及意义1. 通过对变速恒频双馈风力发电机组的模糊控制算法的研究,可以发掘其优势,并为其实际应用提供技术支持。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
基于恒频变速的风力发电机转子励磁的神经网络PID控制的研究摘要:对于恒频变速的风力发电机控制的关键是其转子励磁控制,这篇文章阐述了双馈发电机定子磁场定向的控制基本原理,讨论了定子磁场定向和确定转子位置的方法,实现了在DSP芯片上对转子励磁的神经网络PID控制。
已经开发出一种基于DSP芯片实现的转子励磁控制装置,进行了双馈发电机转子励磁神经网络PID控制实验研究。
试验结果表明,双馈发电机采用神经网络PID控制策略是有效的,它不仅能实现有功功率和无功功率的独立控制,而且能取得很好的静态调整和动态特性。
关键字:恒频变速、神经网络PID控制、风力发电机、矢量控制。
I 介绍风发电系统是一个复杂的多变量非线性系统,具有不确定性和多扰动性。
因此利用古典PID基础数学模型,很难取得了良好的控制效果。
而双馈发电机转子的励磁控制要求动态响应快、控制算法简单且能抑制参数变化,在发电机能运行稳定在各种蠕动、各种不确定性的扰动[1]的基础上,结合智能控制策略能使异步发电机转子励磁控制达到所需效果。
如模糊控制[2],结构变量控制[3]等。
在这篇文章里,基于DSP芯片励磁控制器的需要,电流环采用了神经网络PID控制。
这种控制器结合了神经网络控制与PID控制,它既具有神经网络控制的优点,而且可以发挥PID控制的性能。
该控制器可以根据运行状态的变化,能自动PID调节参数,但对于控制设备参数的变化却不能自适应[4]。
神经网络控制算法简单且易于在DSP 芯片上实现。
II 恒频变速风力发电机控制系统结构图1 恒频变速风力发电机系统结构从图1中可以看出,自适应浆距的变速风力发电机控制系统由三部分组成:主要控制器(DFIG),浆距调节器和变换器调节器。
主控器的功能是完成发电机正常的逻辑操作动作,如选择航向角,临风向,释放扭曲,协调浆距调节器和变换器控制器的控制关系。
浆距调节器的功能是完成浆叶片的调整,以保证在额定风速下保持最大风能捕获效率和超过额定风速下限制其输出。
变换器控制器的功能是完成变速恒频的控制,以确保零电能输出污染,无输出谐波分量,保持输出功率流能可以同步匹配电源电压大小,频率,相角和三相顺序。
其实上,这种控制过程简单,能保持浆叶片能以最大位置提升重力。
变化器控制器还可以调整发电机的速度,在额定风速下保持最大风能捕获效率,而且称为最佳叶片变速比运行。
当超过额定风速、浆叶片开始慢慢地关闭,以限制功率输出[5]。
A 风力发电机模型用非线性函数来描述转子特点、自适应浆距的变速风力发电机模型可以被描述成[6]:其中m T 是转子转矩(Nm ),ρ是空气密度(2/m kg );R 是转子半径(m );v 是转子线速度(s m /);Cp 是风能利用效率,它的最大值是贝兹极限值59.3%;β是浆距角()︒; λ是叶片变速比;ω是转子转速 ()s rad /;对于变速自适应浆距风力发电机,可以用相近的方法描述风能系数[7]:风力系数曲线Cp(λ ,β ),如图所示的图2中图2 SUT-1000风力系数曲线从图2中可以看到,风力系数(Cp)随着浆距角的降低而增加。
所以,当风力发电机运行在额定风速以上,通过增加角β以降低风力系数,保持风力发电系统输出稳定额定值附近,同时,限制转子转速在一定的范围内。
B.传递系统模型因为转子转速通常是20 - 30(r /min),而发电机组几乎是同步速度。
所以需要在转子和发电机之间设定齿轮盒。
传输系统模型可以表示为下面三级方程式[8]:其中l T 是转子低速转矩(Nm ),e J 是电磁转动惯量(2/m kg );e T 是电磁转矩(Nm );h T 是转子高速转矩(Nm );m J 是转子转动惯量(2/m kg );e ω是高速度阀转速 ()s rad /;γ是驱动比。
C .自调节浆距的机械模型自调节浆距的机械模型由机械和液压系统组成,因为叶片惯性很大,应同时减少执行机构的机械能的损耗,且执行结构应该有一定的限制的能力。
因此,对于自适应浆距的执行机构,可以用一阶惯性环节描述:其中r β是浆距角的给定值()︒;τ是时间常数。
下面为执行结构的机械模型,如图三所示:图3. 变浆模型执行器结构III 定子磁链定向控制发电机结构模型A.有功功率和无功功率独立控制将同步的定子磁链定向的参照系统建立在转子侧电压(电流)方向上,且代表了定子侧有功功率与无功功率的方向。
通过调整转子侧电流分量,来调节定子侧的有功功率和无功功率分量。
使用同步参考坐标系(坐标轴分别用d,q表示),以d轴为定子磁链幅值大小,q 轴与其垂直,如图4:图4 d q 坐标系当定子和转子都采用电机惯例规定了正方向,正电流产生正的磁通,因此电压和双馈发电机的磁通方程式为:其中D为微分算子;s为转差频率。
定子侧的有功功率和无功功率可表示为:取定子磁链幅值为d 轴位置,所以公式(6)可改变为:在坐标系变化的情况下,电感值是还是恒定的, 从公式(8)中可以知道,定子电流在 D ,q 轴的分量和转子电流在D ,q 轴分量有直接关系。
据 公式(7)及(8),有功和无功功率可 表示为:从公式(9),在取d 轴为定子磁通的方向且忽略了定子电阻的影响下, D 、q 轴转子电流分量qr dr i i ,和相应的定子侧有功功率和无功功率分量分别对应,所以控制定子有功功率P1 和无功功率,仅需要控制转子电流分量qr dr i i ,。
B . 转子电流环的控制电压反转的实现,需要快速的转子电流闭环控制,快速控制能 保证转子电流值快速接近给定电流值,电流给定值是受 外环控制的,如电力控制和速度控制。
因此可以 控制转子电压来实现转子电流控制。
根据公式(6)及(8),我们可以得到:在上述公式中, 是漏磁系数。
根据公式(1)和(9)当处于稳态动作点D=0时,所以有qr dr u u ,都等于零。
PI 调节器或其他如神经网络调节器 PID 能用于调整电流。
在公式(12添加前馈项到Q 轴上,变成式[11]:在得到转子电压qr dr u u ,的给定值后,转换成三相坐标系,这样可得到三相电压的控制信号。
IV 转子励磁的神经网络PID 控制A . 控制系统的组成双馈风力发电机的控制系统的组成 如图6所示,它由主 电路和控制电路组成。
控制电路主要 由三部分组成。
(1) 有功功率和无功功率控制回路 转子电流参考值*qr i 和当前值qr i 可以通过PI 调节器来调节有功功率的偏差;转子电流参考值*dr i 和当前值dr i 可以通过PI 调节器来调节无功功率的偏差;(2)电流控制回路。
通过电流调节器 ACR 的转子电流的有功和无功组成部分被转换为电压基准,然后传输到坐标转换单元,结合转子角度形式转子三相电压控制信号,此 发送信号到可逆变频装置。
(3)检测装置 包括定子电压,电流,转子电流和转子位置,定子磁链,转子转速观察模块等。
图6 转子励磁电流控制系统的结构图B . 转子励磁的神经网络PI 控制要获得好的控制效果的PID 控制器,必须调整比例,积分和微分 三个控制作用,同时协调和各种形式 相互制约的关系。
而这种关系不是简单的线性组合,但可以发现从无数的线性组合最好的之一。
该 神经网络具有随机的非线性的功率表达式,通过学习系统的性能,实现最优PID 控制。
在本文中,我使用的BP 神经网络PID 控制器,这种控制器具自学习参数i d p k k k ,,的能力。
基于BP 神经网络的PID 控制系统机构图如图7所示,控制器由两部分组成:图7 BP 网络的PID 控制系统结构(1) 经典PID 控制器,对控制对象进行闭环控制,且能在线调整三个参数i d p k k k ,,(2) 神经网络,根据系统运行状态,调整PID 控制器参数达到一些性能指标的优化,因此引起输出层神经元的输出状态所对应的PID 控制器的三个能自学习可调参数i d p k k k ,,和加权系数,使神经网络的输出所以对应的PID 控制器在该组参数下取得最优控制规律。
经典的增量式数字PID 控制算法是:在实际工程中,高阶系统或多变量系统总是可以看出,很难得到所有状态。
因此,最重要的是只根据目标或调节器的输入来设计MRAC 系统。
目前为止,这种设计方法总结了直接和间接两大类[10]。
由于直接法具有明显的优势,因此这篇文章采用了直接设计方法。
其中i d p k k k ,,分别代表比例、微分和积分系数。
图8 BP 神经网络PID 控制器结构图基于BP 网络的PID 控制器的构造如图所示图8,控制算法如下[13]:(1)确定的BP 网络结构,即确定 输入层M 号和隐含层Q 的个数, 给每个权重因子系数一个初始值 ),0(),0()2()1(li ij w w 选择学习效率η和 惯性系数 ,时刻k=1; (2)通过样本获取 )(k rink 和)(k yout ,然后 计算)(k error = )(k rink - )(k yout(3)计算每一个神经网络输入层 (NN ),输出层输出的PID 控制器三 可调的参 i d p k k k ,,(4)根据公式(15)计算PID 控制器的输出u(k)(5)进行神经网络的在线自学习, 调整系数),0(),0()2()1(li ijw w ,来实现PID 控制器的自适应跳调;令K = k +1,然后返回到步骤1。
结合神经网络控制器的鲁棒性PI 控制器的准确性,实现了DSP 的控制算法,所以 PID 控制器参数可以自动进行调整。
V 仿真和分析沈阳工业大学风能研究所设计了基于1兆瓦变速恒频风力发电机(SUT 的- 1000),并进行了控制系统的仿真。
主要参数显示如下:风力发电机组类型:水平轴,上风;额定功率:1000kW;额定风速:12.5 m/s;转子直径:61m;转子额定转速:21.5r/min;齿轮箱传动比:78.1579;发电机额定转速:1680r/min。
由于风速条件能影响到风力发电系统的性能,风速模型也就是风力发电系统的仿真模型的重要组成部分[14]。
从风速的随机特性看,以风速为基础的统计特性研究,利用自回归移动平均(ARMA模型)风速模型[15]进行了模拟仿真,取得了很好的效果。
首先进行模拟神经网络PID 控制器的仿真,受控对象可表示为:根据阶跃输入,控制器响应曲线和控制值的变化曲线,如图9。
图9 基于神经网络控制的阶跃响应曲线该图中蓝色曲线表示给定的阶跃信号,红色为响应曲线,绿色为控制值u(k).用模拟软件建立整个风力发电系统模型,并应用神经网络PID控制器去控制该系统,得到仿真结果如图10。
图10 基于神经网络控制的风力发电机控制系统的仿真结果从图10中可以看到,1是风速模拟,2是转速期望值,3是发电机输出的有功功率,4是发电机速度。