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小型失速型风力发电机实验测试及最大功率跟踪控制研究

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现代制造工程 2012年第6期 9-13页

作者：张晓峰金鑫韩花丽重庆广播电视大学重庆400052 重庆大学机械学院重庆400044

以9台轴流式风机作为源动力,构建开放式风洞测试实验平台,用变频器调节风机转速以产生需要的模拟风速。通过测量风速值,以及1kW小型失速型风力发电机的输出电压和电流,经过数据采集卡,传送到工控机。为达到功率优化吸收,进行了系统硬件... 详细信息

以9台轴流式风机作为源动力,构建开放式风洞测试实验平台,用变频器调节风机转速以产生需要的模拟风速。通过测量风速值,以及1kW小型失速型风力发电机的输出电压和电流,经过数据采集卡,传送到工控机。为达到功率优化吸收,进行了系统硬件电路设计,通过控制计数器输出脉宽调制(PWM)脉冲来控制并优化小型失速型风力发电机的功率。开发的实验测试系统对小型失速型风力发电系统的研究具有重要意义。

关键词：风力发电测试系统实验系统功率跟踪控制

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双轴励磁发电机功率跟踪励磁控制系统研究

电力自动化设备 2022年第6期42卷 192-198页

作者：许国瑞王珍珍李伟力华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 北京交通大学电气工程学院北京100044

采用传统双通道励磁控制系统的双轴励磁发电机(简称为双励机)动态过程时间长,振荡幅值大,不利于电力系统的稳定运行。为此,在双励机的功率反馈环节增加不完全微分控制,提出了一种具有功率跟踪功能的励磁控制系统。对双励机动态过程中的... 详细信息

采用传统双通道励磁控制系统的双轴励磁发电机(简称为双励机)动态过程时间长,振荡幅值大,不利于电力系统的稳定运行。为此,在双励机的功率反馈环节增加不完全微分控制,提出了一种具有功率跟踪功能的励磁控制系统。对双励机动态过程中的有功功率、无功功率和励磁电流差值进行不完全微分,进而判断功率的变化趋势,调节d、q轴励磁电流的比例以改变励磁磁动势的方向,进而抑制功率的振荡,最终达到增加系统阻尼的作用。以转矩扰动和无功扰动为例,对比研究了功率跟踪励磁控制系统与双通道励磁控制系统对双励机动态过程振荡幅值和振荡时间的影响,结果表明,采用功率跟踪励磁控制系统可大幅减小系统的振荡幅值和振荡时间,有效提高系统的阻尼,为电力系统的稳定运行提供有力支撑。

关键词：双轴励磁发电机双通道控制功率跟踪控制不完全微分控制励磁控制

蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究

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蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究

作者：王晓姬太原理工大学

学位级别：硕士

电机变频调速系统被广泛应用于电动汽车、轨道交通、物流运输和工业生产等场合。在一些不便于接入电网的场合中,往往采用高能量密度的蓄电池作为主要能源为电机供电。而在系统运行过程中电机往往会频繁起动和制动,当电机制动发电运行时... 详细信息

电机变频调速系统被广泛应用于电动汽车、轨道交通、物流运输和工业生产等场合。在一些不便于接入电网的场合中,往往采用高能量密度的蓄电池作为主要能源为电机供电。而在系统运行过程中电机往往会频繁起动和制动,当电机制动发电运行时直流母线会有再生能量聚集,由于单一蓄电池无法快速吸收这部分能量,大部分能量由制动单元消耗,造成能量的浪费。因此,采用循环寿命长、充放电响应速度快、功率密度高的超级电容作为辅助能源与蓄电池构成混合储能系统共同为电机提供能量并回收再生能量,得到了广泛地推广和应用。在混合储能系统供电的电机驱动系统中,混合储能系统与负载间供需功率不平衡会导致制动时母线能量聚集产生浪涌电压,电动时储能系统无法及时供给能量造成直流母线电压过低而致电机停机故障。而且储能单元之间的能量分配不协调也会导致系统能量循环,产生不必要的能量损失。针对这些问题,本文提出了一种用于电机驱动系统的蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法。首先,建立蓄电池、超级电容和双向DC/DC变换器电路模型,分析蓄电池和超级电容各自的充放电特性及双向DC/DC变换器工作特性,根据系统要求,对蓄电池和超级电容进行选型,对变换器中IGBT模块、滤波电容和储能电感等进行计算与选型并完成系统主电路搭建。建立储能单元各自的效率-荷电状态数学模型,寻求它们的高效安全的工作区间。其次,研究混合储能系统能量流规律,寻找合适的能量传递与转换方式。设计状态识别与模式切换模块,实时跟踪负载电机运行状态,实现变换器模式快速切换。在分析传统控制策略的基础上,考虑蓄电池、超级电容及两个变换器的损耗,提出了一种基于系统总能量损耗最小的功率跟踪控制策略,跟踪电机负载功率变化并建立总能量损失函数,在决策变量约束条件下实时确定最优功率分配比,优化系统能量利用效率。最后,搭建了用于电机驱动系统的蓄电池-超级电容混合储能系统控制模型和实验平台,模拟实际电机驱动系统不同运行工况,并进行了传统控制策略和基于系统总能量损耗最小的功率跟踪控制策略的对比研究。仿真和实验结果表明,所提出的基于系统总能量损耗最小的动态功率分配方法能够减小母线电压波动,提高系统能量利用效率。

关键词：混合储能系统双向DC/DC变换器功率跟踪控制再生能量能量利用效率

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核反应堆功率的自适应控制方法研究

核反应堆功率的自适应控制方法研究

作者：李翠莹哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

压水堆是当前应用最多的商用核电站堆型,核电机组的安全稳定运行一直是人们关注的焦点,核电站有负荷跟踪的需求,功率控制系统是保障堆芯安全运行的关键技术之一。因此,研究更加安全稳定的压水堆功率跟踪控制系统具有重要的现实意义。本... 详细信息

压水堆是当前应用最多的商用核电站堆型,核电机组的安全稳定运行一直是人们关注的焦点,核电站有负荷跟踪的需求,功率控制系统是保障堆芯安全运行的关键技术之一。因此,研究更加安全稳定的压水堆功率跟踪控制系统具有重要的现实意义。本文针对压水堆功率跟踪控制问题,研究了基于自适应控制理论的功率跟踪控制方法。首先建立堆芯的点堆动态模型,通过引入李导数函数将非线性点堆模型转化为线性模型,针对堆芯近似线性化模型,并结合模糊控制理论和自适应控制理论,设计了模糊自适应控制器,该控制器的主要特点在于模糊参数可在线调节,且跟踪误差有界。考虑到堆芯系统不确定性干扰,利用Lyapunov稳定理论设计了基于状态观测器的自适应控制器,自适应控制律为状态变量的非线性组合,在克服系统不确定性干扰的前提下完成功率跟踪控制,其中不可测状态变量值可通过状态观测器得到。最后结合线性参数变化(Linear Parameter Varying,简称LPV)理论,建立堆芯系统的多胞LPV模型,得到自适应保性能跟踪控制器,功率跟踪控制由保性能控制律实现,而自适应控制律对系统不确定性进行动态补偿,应用Matlab中的线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,简称LMI)工具箱和Lyapunov稳定理论分别求得状态反馈增益的可行解和参数自适应律。考虑到系统不确定性,基于Matlab/Simulink软件平台,对闭环控制系统进行仿真分析,仿真结果表明本文提出的控制器在功率跟踪和对系统不确定性干扰的抑制方面具有良好的控制效果,可以保证闭环控制系统输出稳定。由于堆芯功率控制系统具有一定的技术要求,有必要验证所设计的控制器的控制性能是否满足一定的指标要求。本文在阶跃输入信号的作用下,通过求解调节时间、最大超调量、反应性引入最大速率和均方误差,对比三种控制器在这几项指标方面的控制性能并对各个控制器控制性能的优缺点进行评价。

关键词：压水堆功率跟踪控制自适应控制模糊逻辑控制保性能控制

基于变功率跟踪的风电机组一次调频减载控制策略研究

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基于变功率跟踪的风电机组一次调频减载控制策略研究

作者：陈僖西安理工大学

学位级别：硕士

由于大量并网运行的风电机组不具备响应系统频率变化的能力,导致电力系统频率稳定性问题日益突出,因此提高风电机组的调控能力使其参与系统一次调频尤为重要。目前风电机组一次调频的研究大多采用附加调频控制方法,该控制方法使风电机... 详细信息

由于大量并网运行的风电机组不具备响应系统频率变化的能力,导致电力系统频率稳定性问题日益突出,因此提高风电机组的调控能力使其参与系统一次调频尤为重要。目前风电机组一次调频的研究大多采用附加调频控制方法,该控制方法使风电机组具备了一定的调频能力,但是该附加调频控制器与风电机组的功率跟踪控制器之间存在相互冲突,致使风电机组在低风况下一次调频所需的功率增量无法达到目标值,降低了风电机组的调频能力。本文将频率偏差信号直接引入至功率跟踪控制器中,采用变功率跟踪曲线与变桨控制协调的方法对风电机组在全风况下的减载及调频控制策略进行了研究。首先,本文建立了双馈风电机组的数学模型并分析了风电机组三种功率运行分区的控制原理及有功功率控制系统。同时,详细阐述了风电机组的静态频率特性及动态频率特性,并在此基础上研究了风电机组的传统调频控制方法及存在的问题;其次,根据机组在不同功率运行分区的特点,提出了基于变功率跟踪曲线与变桨控制相协调的减载控制策略。并在Matlab/Simulink仿真平台搭建了双馈风电机组并入大电网的仿真模型,在全风况下对本文所提的减载控制策略的动态有效性进行了验证;然后,在减载控制的基础上,通过下垂控制,将机组一次调频所需的目标功率增量转化为减载水平的增量,当频率突变时再次切换功率跟踪曲线改变风电机组功率运行点,使风电机组响应系统频率的变化;最后,在低、中、高风况下对双馈风电机绀分别进行了调频仿真,从其输出功率随时间的变化曲线中反映了风电机组快速的惯性响应能力与一次调频能力。仿真结果表明,本文所提出的调频控制方法可解决附加调频控制与功率跟踪控制之间的矛盾,能够使风电机组在全风况下满足一次调频所需的目标功率要求,而且在中、低风速下惯性响应的功率支持效果显著,进一步提高了风电参与系统调频的综合能力。

关键词：风电机组功率跟踪控制变桨控制惯性响应一次调频

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风光协调发电系统有功控制策略研究

电气开关 2022年第1期60卷 16-19页

作者：徐达国电南瑞南京控制系统有限公司江苏南京210000

随着全球能源化石型能源的日益枯竭,以风电、太阳能为代表的新能源发电技术取得了显著的发展,发电系统原先单一的能源组成型式发展成多能源组成的混合型发电系统。本文基于风光协调发电系统的基本结构,提出了风光协调发电系统的有功控... 详细信息

随着全球能源化石型能源的日益枯竭,以风电、太阳能为代表的新能源发电技术取得了显著的发展,发电系统原先单一的能源组成型式发展成多能源组成的混合型发电系统。本文基于风光协调发电系统的基本结构,提出了风光协调发电系统的有功控制策略,该策略从功率平滑控制、功率跟踪控制、频率调节控制三方面展开研究,能够实现风电、太阳能独立控制和协调控制之间的平滑切换。本文所提出的控制策略经过验证,已经证明了其可行性和有效性,可以进行进一步的推广应用。

关键词：风光协调发电有功控制功率平滑控制功率跟踪控制

快速矢量选择的三矢量PWM整流器模型预测低频控制

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现代电力 2020年第3期37卷 324-330页

作者：杨兴武杨帅王涛徐依明上海绿色能源并网工程技术研究中心(上海电力大学) 上海市杨浦区200090

传统有限矢量集的模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)存在计算量大、开关频率不固定以及采样频率低时控制精度差的问题。针对这一问题,为两电平三相整流器提出一种快速矢量选择的三矢量模型预测低频控... 详细信息

传统有限矢量集的模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)存在计算量大、开关频率不固定以及采样频率低时控制精度差的问题。针对这一问题,为两电平三相整流器提出一种快速矢量选择的三矢量模型预测低频控制。以无差拍控制原则得到了整流器的电压参考矢量,简化了预测过程;由功率跟踪控制的指标函数推导得到电压跟踪控制的指标函数;最后,根据扇区确定控制周期作用的2个有效矢量和零矢量,由电压跟踪控制函数得到了3个矢量的作用时间。通过仿真验证可知,与传统FCS-MPC相比,所提方法能够快速选择电压矢量,实现开关频率的固定,减小功率脉动并降低开关频率。

关键词：三相PWM整流器模型预测功率跟踪控制指标函数低频控制

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电动汽车混合储能系统控制策略研究

电动汽车混合储能系统控制策略研究

作者：张静宇太原理工大学

学位级别：硕士

在能源危机与环境污染问题日益严重的当下,电动汽车由于具有节能环保、污染小等优势而受到人们的青睐,其中储能技术是发展电动汽车行业的关键。现阶段电动汽车多以电池作为单一储能电源,由于动力电池功率密度低,不能大电流充放电等性能... 详细信息

在能源危机与环境污染问题日益严重的当下,电动汽车由于具有节能环保、污染小等优势而受到人们的青睐,其中储能技术是发展电动汽车行业的关键。现阶段电动汽车多以电池作为单一储能电源,由于动力电池功率密度低,不能大电流充放电等性能限制,无法满足实际工况中电动汽车的功率需求,限制了电动汽车技术的发展。因此,结合高能量密度器件与高功率密度器件的混合储能系统引起业界广泛重视。本文主要围绕电动汽车运行特性与混合储能系统工作特性,从能量与功率需求的角度进行了以下研究:首先,本文以混合电动汽车能量管理控制为背景,针对国内外的研究现状做了归纳整理。介绍了电动汽车发展现状与不足,并且详细分析了目前市场常见储能元件特性,通过对不同储能元件特点的比较分析,选择超级电容与蓄电池作为电动汽车储能单元,建立了两种储能单元各自等效电路,详细研究了储能元件参数计算方法,为控制策略的研究提供理论基础;讨论了无活性、半活性与全活性拓扑电路的结构特点及应用场合,最终选择全活性拓扑结构作为蓄电池与超级电容混合储能系统的能量管理主电路;详细分析了双向DC/DC变换器工作原理,完成主电路参数设计,推导出数学模型及传递函数。然后,结合了电动汽车的负载功率需求及变化特性,提出了蓄电池与超级电容混合储能系统能量管理与分配控制策略,以SOC作为能量层调动依据,利用开路电压法与安时积分法进行SOC的估算;根据电机需求功率的阈值与储能元件SOC估算设计了逻辑规则控制策略,进行储能元件配合工作原则,其中,为减少蓄电池大电流放电的次数,添加了蓄电池向超级电容与电机同时供电的模式,增加超级电容使用次数;通过建立小信号模型完成双向DC/DC控制器设计,实现储能系统功率分配与平衡;设计了自动调节控制器,使得储能系统功率分配可以更快地跟随电机功率需求;利用MATLAB/simulink软件搭建蓄电池与超级电容混合储能系统仿真模型,完成储能系统升降压模式下电机加速或减速实验仿真,仿真结果验证该控制策略的可行性。最后在理论分析及仿真结果的基础上,搭建实验样机模型,对由蓄电池组、超级电容组和双向DC/DC变换器构成的混合储能系统基本工作模式和特定工况进行了实验研究,通过验证每种模型下高压侧电压的稳定性,证明了理论分析及仿真结果的正确性。

关键词：混合储能系统蓄电池超级电容功率跟踪控制 PI控制

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风/柴/储能发电系统协调控制策略研究

风/柴/储能发电系统协调控制策略研究

作者：王彦内蒙古工业大学

学位级别：硕士

在远离电网的无电地区，用电负荷小且分散，靠现有电网延伸为其供电是不经济的。这些地区通常使用柴油发电满足日常用电，但随着柴油价格的不断攀升，柴油发电成本也日益增加。由于这些地区蕴藏着丰富的风资源，因此采用风/柴/储能发电... 详细信息

在远离电网的无电地区，用电负荷小且分散，靠现有电网延伸为其供电是不经济的。这些地区通常使用柴油发电满足日常用电，但随着柴油价格的不断攀升，柴油发电成本也日益增加。由于这些地区蕴藏着丰富的风资源，因此采用风/柴/储能发电系统向负荷供电是解决这些地区用电问题的切实可行方法。为了最大化利用风能、减少柴油消耗和提高供电稳定性，需要协调控制风/柴/储能发电系统各组成部分的能量流动，使之合理有序运行。基于能量集成管理思想，本文采用最大功率跟踪控制、负载功率跟踪控制和蓄电池充放电控制集成一体的控制方法来研究风/柴/储能发电系统的协调控制策略。通过比较几种小功率发电机运行特性，选择永磁同步发电机作为风力发电系统的发电机。在分析现有拓扑结构的基础上，给出了实现功率控制且结构简单的风/柴/储能发电系统结构，它包括风力机、柴油机、永磁同步发电机、二极管整流桥、Buck变换器、蓄电池、控制器和负载。通过分析风机功率、负载功率、柴油机启动功率和蓄电池可接受最大功率在不同运行工况下的关系，确定包括最大功率跟踪控制、负载功率跟踪控制和蓄电池充放电控制的协调控制策略。比较几种常用的风力机MPPT控制方法和蓄电池充放电控制方法，分别选用扰动法和改进三阶段充电法实现风力机MPPT控制和蓄电池充放电控制。负载功率跟踪控制通过PI控制来实现。在Matlab/Simulink仿真平台下建立了风/柴/储能发电系统仿真模型，仿真分析了系统的功率跟踪控制和协调控制。仿真结果表明，本文提出的协调控制策略能够有效协调系统各部分的运行状态，维持系统功率平衡，实现系统的可靠供电和优化运行,从而验证了本文给出的协调控制策略的合理性与可行性。

关键词：风/柴/储能发电系统协调控制策略功率跟踪控制充放电控制