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水力发电 2022年第6期48卷 105-108,118页

作者：夏婷张木梓陈杨申新贺朱明亮水电水利规划设计总院北京100120 新疆金风科技股份有限公司北京100176 浙江运达风电股份有限公司浙江杭州310012

近年来,全球风电开发的重心逐渐向低风速地区转移,充分挖掘低风速地区风电开发潜力成为突破风电发展瓶颈的关键。为了更好地指导全球低风速风电开发,在总结全球风电发展现状的基础上,重点梳理了低风速风电发展的现状与趋势,分析了低风... 详细信息

近年来,全球风电开发的重心逐渐向低风速地区转移,充分挖掘低风速地区风电开发潜力成为突破风电发展瓶颈的关键。为了更好地指导全球低风速风电开发,在总结全球风电发展现状的基础上,重点梳理了低风速风电发展的现状与趋势,分析了低风速风电发展的关键问题,结果表明:2020年全球风电新增装机同比增长14%,增长率创历史新高,实现了疫情下的逆势增长。全球新增装机中低风速风电占比快速提升,从2015年的6.7%增加到2019年的37.3%。从区域分布来看,亚太和北美是低风速风电的主要分布区域,其中中国低风速风电装机占全球的72%。未来低风速风电将继续保持稳定增长趋势。由于风资源能量密度低、靠近负荷侧等特点,低风速风电开发需在机组设计、开发模式、减少生态环境影响等方面进一步创新发展。

关键词：低风速风电风电开发现状趋势关键问题

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关于低风速风电项目开发风险与对策的探讨

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科技创新导报 2016年第23期13卷 36-37页

作者：关帅中广核新能源投资(深圳)有限公司北京100070

当前,伴随着相关风电技术水平的不断进步,风电项目的开发也愈发成熟,而我国对于低风速风电项目的开发也越来越重视,当前已经有部分项目进入了市场化的运行阶段。然而要想实现低风速风电项目的大规模开发,则必将会存在有一定的开发风险因... 详细信息

当前,伴随着相关风电技术水平的不断进步,风电项目的开发也愈发成熟,而我国对于低风速风电项目的开发也越来越重视,当前已经有部分项目进入了市场化的运行阶段。然而要想实现低风速风电项目的大规模开发,则必将会存在有一定的开发风险因素,对此该文基于对风力资源的评估、资源的分布、设备的型号选取以及位置布设等因素展开了深入的分析与探讨,同时提出了一些针对性的建议措施,以期可以为满足低风速风电项目的开发提供必要的参考。

关键词：低风速风电项目开发风险对策

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低风速磁悬浮垂直轴永磁同步风电机组机侧变流器拓扑与控制研究

低风速磁悬浮垂直轴永磁同步风电机组机侧变流器拓扑与控制研究

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作者：杜昱成曲阜师范大学

学位级别：硕士

低风速风电是我国风电发展的重要领域之一。但风向频变、风能密度低、湍流强等低风速特性对风电机组控制系统提出苛刻要求。为此,本课题组提出一种磁悬浮垂直轴永磁同步风电机组,它无需偏航对风与解缆,彻底消除风向频变影响,同时磁悬浮... 详细信息

低风速风电是我国风电发展的重要领域之一。但风向频变、风能密度低、湍流强等低风速特性对风电机组控制系统提出苛刻要求。为此,本课题组提出一种磁悬浮垂直轴永磁同步风电机组,它无需偏航对风与解缆,彻底消除风向频变影响,同时磁悬浮系统又可减少机械摩擦,大大降低启动阻力矩,尤其适用于低风速区域。为实现低风速高效发电,本文以机组定子电流谐波最小化、发电效率最大化为根本控制任务,探寻最优机侧变流器(MSC)拓扑以抑制定子电流谐波、改善电能质量,引入深度强化学习算法(DRL),通过改进传统矢量控制系统以减少双闭环跟踪误差,进一步降低定子电流谐波、功率损耗,提高机组运行性能。主要研究内容如下:第一,研究传统MSC拓扑结构与矢量控制策略在低风速发电中的性能表现。对磁悬浮垂直轴风电机组进行建模,其中以永磁同步发电机(PMSG)与两电平电压源型PWM变流器(VSC)为主。阐述双闭环矢量控制策略的核心原理,应用PID控制器为内、外环控制器。针对风速稳定与时变情形,进行多组基于VSC的PMSG仿真与实验。结果表明,定子电流的总谐波畸变率(THD)在额定风速下为5.73%,且随风速减小而增大;额定风速下发电效率为89.03%。因此,有必要研究并应用三电平变换器以期进一步改善电能质量。第二,鉴于Vienna整流器具有单位功率因数运行、谐波含量小、电压应力低等优势,采用Vienna整流器作为机侧变流器。分析Vienna整流器工作原理;研究基于零序分量注入的载波脉宽调制技术,以简化三电平调制过程;研究基于冗余小矢量的时间调节方法,以平衡电容电压、减少中点电压波动。搭建基于Vienna整流器的PMSG实验平台,并进行静态、动态仿真与实验。结果表明,额定风速下定子电流的THD、发电效率分别为2.92%、91.46%,比采用VSC作为机侧变流器分别小2.83%、高2.43%。这说明采用Vienna整流器可有效降低定子电流谐波含量。但同时发现,时变风速下电流内环跟踪误差较大,且明显受风速及变化率影响。因此,需使用先进控制器来以改善运行性能。第三,提出基于深度强化学习(DRL)的PMSG矢量控制方案,以实现不同风速及其变化情形下电流跟踪误差、功率损耗最小化。分析影响电流内环跟踪误差、功率损耗的因素,进而设计状态集、奖励函数与动作集;为提高PMSG对不同风速情形的应变力度,设计兼具随机性与多样性的训练环境;在保证训练成绩的前提下,为节省离线训练时间,设计随训练回合次数而变的动作探索噪声。进行基于孪生延迟深度确定性策略梯度算法的智能体离线训练,并分析训练成绩曲线。进行风速稳定、时变、突变情况下的仿真与实验。结果表明,所提方案不仅可有效解决Vienna整流器固有的中点电压波动问题,而且可使定子电流THD在额定风速下降至0.18%,发电效率近94%;时变风速情形下转速与电流跟踪误差较小,且不随风速变化而变。这表明引进DRL控制器可大大改善运行性能,进一步抑制谐波、减小损耗。

关键词：低风速风电永磁同步发电机磁悬浮垂直轴风电机组机侧变流器 Vienna整流器深度强化学习孪生延迟深度确定性策略梯度算法

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低风速磁悬浮垂直轴风电机组的控制研究

低风速磁悬浮垂直轴风电机组的控制研究

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作者：邱雅兰曲阜师范大学

学位级别：硕士

低风速风电是我国未来风电发展的重点领域之一。然而低风速地区风能密度低、风向变化频繁、湍流强,水平轴风电机组存在需要偏航对风、启动阻力矩大等固有缺陷,难以满足低风速风电场的要求。为此,本课题组提出一种新型的低风速磁悬浮垂... 详细信息

低风速风电是我国未来风电发展的重点领域之一。然而低风速地区风能密度低、风向变化频繁、湍流强,水平轴风电机组存在需要偏航对风、启动阻力矩大等固有缺陷,难以满足低风速风电场的要求。为此,本课题组提出一种新型的低风速磁悬浮垂直轴风电机组(MVAWT),该机组主要由磁悬浮盘式电机(MDM)、主发电机(永磁直驱型风力发电机PMSG)以及变流器系统构成。本文重点研究MDM及其悬浮变流器的控制、PMSG及其机侧变流器的控制。主要内容如下:首先,针对MDM及其悬浮变流器,提出了基于全局快速终端滑模(GFTSM)和自适应RBF神经网络(RBFNN)的有限时间悬浮控制策略。基于具有不确定干扰(如风速风向随机变化)的悬浮动态数学模型,设计了抖振较小的有限时间GFTSM控制器;利用自适应RBFNN逼近系统的不确定未知项,并将GFTSM的有限时间快速收敛特性引入到网络权值的自适应律中,以提高RBFNN的收敛速度。此外,为了获得控制输入信号的微分并降低传感器噪声干扰的影响,引入了有限时间微分器。最终,根据Lyapunov稳定性理论,证明了所提控制策略的稳定性和有限时间收敛性,并分别搭建了仿真和实验平台进行研究。结果表明所提策略控制的悬浮系统的动态响应速度更快,抗干扰能力更强。其次,针对PMSG及其机侧变流器,提出了基于Actor-Critic架构和RBFNN(AC-RBF)的深度强化学习控制策略。为了解决传统PID控制器参数不易调节,难以应对外界复杂时变环境等问题,对PMSG提出了基于AC-RBF的PID(AC-RBF-PID)转速跟踪控制器。选用3-5-4型RBFNN整定增量式PID控制器参数,利用RBFNN同时输出待整定控制器参数值并逼近价值函数。此外,采用零d轴电流解耦控制解决PMSG定子侧电流的耦合问题。最终,通过仿真验证了深度强化学习AC-RBF整定PID参数的可行性以及该控制算法对PMSG控制的优越性。最后,考虑到低风速MVAWT外界干扰的不确定性突出,PMSG及其变流器自身参数也会因器件老化或长期运行而变差,且上述解耦误差不可避免,为此,为进一步提高系统性能,针对PMSG及其机侧变流器,又提出一种基于深度强化学习TD3的控制策略,通过设计并训练TD3智能体获得PMSG的最优转速跟踪控制器,并搭建仿真与实验平台开展研究。结果表明,TD3控制PMSG比AC-RBF-PID和传统PID控制的动态响应速度更快,超调量更小;而且TD3控制策略能够抑制电流谐波,减小电磁转矩脉动,从而有效降低PMSG及其机侧变流器的功率损耗,提高发电效率。

关键词：低风速风电垂直轴风电机组磁悬浮盘式电机永磁同步发电机变流器有限时间控制神经网络深度强化学习控制

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小型风电行星齿轮的结构设计及动力学分析

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东北电力技术 2023年第1期44卷 38-43,50页

作者：汲柏良杜昱成秦清海曲阜师范大学工学院山东日照276800

应用于家庭小型低风速风电领域的永磁同步发电机往往尺寸较大,增加了生产制造的成本,给发电机的运输以及安装带来困难,将增速齿轮箱引入风电机组提高输入转速,能够减小发电机的尺寸和降低制造成本。行星齿轮具有结构紧凑、抗冲击能力强... 详细信息

应用于家庭小型低风速风电领域的永磁同步发电机往往尺寸较大,增加了生产制造的成本,给发电机的运输以及安装带来困难,将增速齿轮箱引入风电机组提高输入转速,能够减小发电机的尺寸和降低制造成本。行星齿轮具有结构紧凑、抗冲击能力强、效率高等优点。对行星齿轮进行结构选型设计计算,确定行星齿轮各构件的尺寸,在计及时变啮合刚度以及综合啮合误差的条件下通过集中参数法建立平移-扭转非线性动力学模型,并采用四阶Runge-Kutta法进行数值求解。结果表明,行星齿轮各构件各向振动位移幅值较小,可将行星齿轮运用于低风速风电领域。

关键词：低风速风电行星齿轮结构设计集中参数法时变啮合刚度

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