国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程
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M.Kalaivani1T.Magesh2
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翻译这篇文章显示了变速风力涡轮机与MPPT控制器固定速度风力涡轮机不适合大多数应用程序。翻译包括MPPT算法在风力发电系统中是必要的,由于瞬时风速的和不可预测的变化。风力涡轮机驱动永磁同步发电机(PMSG)。使用PMSG,可以实现非常高的扭矩较低速度,生成在转子没有显著损失,降低运行噪音和外部不需要励磁电流来实现。最大功率点跟踪是实现风力发电机保持输出功率恒定的速度变量。PI控制器是用来计算误差值作为测量的过程变量的区别和想要的设置点。控制器试图最小化错误。优化工具,遗传算法实现选择积分PI控制器的增益值。进行模拟研究,分析了变速风力涡轮机使用MATLAB / SIMULINK工具。
关键字 |
| 永磁同步发电机,伤口场同步发电机,双馈式感应发电机 |
介绍 |
| 风力涡轮机技术在过去的20年中有了显著的改进。现代涡轮更可靠、高效、成本效益和涡轮机的声音相比显著减少他们的前辈。虽然做了很多改进,需要有更多的工作对提高风能电网渗透率,降低制造和安装成本,提高涡轮效率风速。开发新的控制策略来最大化功率提取从风和提高涡轮效率将使风力发电在未来一个更可靠的能源。风力发电机控制器的生产能源是非常重要的。风力涡轮机应该能够正常发电在不同风速所以几个控制系统需要实现的。现代风力发电机功率控制系统依赖于涡轮的设计参数。如今,变速风力涡轮机的使用是越来越常见的有几个原因如:更好的捕获风能,减少机械应力,并从叶片运动声降噪。一种类型的变速风力发电机系统基于永磁同步发电机(PMSG)。使用PMSG,可以实现非常高的扭矩较低速度,生成在转子没有显著损失,降低运行噪音和外部不需要励磁电流来实现。 |
| 变速风力可以达到最大能量转换效率在一个广泛的风速。涡轮可以根据风速不断调整其转速。,提示速度比率可以保持在一个最优值达到最大功率转换效率在不同的风速。在高风速、变速风力发电机运行在一个高效的方式来提取从风力最大效率。它提供了增加风能产出,提高电能质量和减少机械应力。 |
| 另一个商业趋势使用变速风力发电的风力涡轮机(VSWT)开双馈感应发电机(DFIG),伤口场同步发电机(WFSG)或永磁同步发电机(PMSG)。变速操作的主要优点是,可以生成更多的能量为特定风速政权。虽然电效率降低由于损失的电力电子转换器为变速操作至关重要,由于变速操作气动效率增加。 |
| 气动效率增益可以超过电效率损失,导致更高的整体效率。此外,机械应力是少的,因为转子作为飞轮(暂时储存能量作为缓冲),减少了传动系扭矩的变化。噪声问题是减少因为涡轮运行速度低。变速发电系统的主要缺点是,他们更昂贵。然而,使用变速发电系统也可以给其他子系统的主要储蓄等涡轮轻基础在海上应用程序中,限制了总成本增加。 |
PMSG模型 |
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| 必须强调,发电机从电网完全解耦的电力电子变换器。因此,功率因数不影响电网的无功功率因数连接。无功功率的表达式是有限的兴趣在学习交互但重要尺寸的网格连接转换器。PMSG被视为系统,使得它可以从获得的机械能发电风。使用dq PMSG的分析完成旋转参考系。dq旋转参考系之间的转换和abc三阶段框架是由公园转换和维护公园的逆变换下面 |
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| 动态电模型方程PMSG的dq坐标系给出如下 |
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三世。使用PI控制器和GA MPPT的风力涡轮机 |
| 的控制方法来捕捉最大功率风力发电机在变速地区被称为跟踪翻译(MPPT)控制。翻译的MPPT控制是通过跟踪最大功率系数(Cpmax)轨迹在额定转速下的风轮机特性曲线。有四类翻译的MPPT方法在风力发电机系统:功率信号反馈(PSF)控制、扰动和观察(P&O)控制,泵比TSR控制和最佳转矩控制。PSF控制器基于最大风力发电机的功率曲线需要转子速度产生相应的参考。 |
| TSR控制调节转速保持最佳的临时避难所。这种方法的优点是简单的实现;然而,风速应该提供的信息。TSR控制的性能取决于风速计的准确性。另外,据估计风速可以使用这种方法。在传统的最优转矩控制方法中,发电机转矩控制的最优值对应于最大功率转换系数(Cpmax)。在这种方法中,参考转矩正比于转子转速的平方,和输出功率成正比的立方体转子速度。由于转子转速变化,在相对较低的兆瓦特级别的风力涡轮机发电机功率变化的宽度也窄。最优转矩控制的缺点是风速变化缓慢的响应时间。翻译上述MPPT方法是基于稳态特点涡轮惯性的影响被忽视的地方。 Due to the instantaneous changing nature of the wind, it is desirable to determine the one optimal generator speed that ensures maximum energy yield. Therefore, it is essential to include a controller that can track the maximum peak regardless of wind speed. The available MPPT algorithms can be classified as either with or without sensors, as well as according to the techniques used to locate the maximum peak. The optimal torque control (OTC) has been found to be the best MPPT method for wind energy systems due to its simplicity. On the other hand, the perturbation and observation (P&O) method is flexible and simple in implementation, but is less efficient and has difficulties determining the optimum step-size |
比例积分控制器 |
| 比例和积分条件的结合是重要的增加反应的速度以及消除稳态误差。PID控制器是减少到P和我只块如图。 |
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| 响应收益率Ki正在增加,达到稳定状态的响应速度和稳态误差接近于零。与PI控制器,可以消除稳态误差较小的Ki (Ki = 0.01)的价值,小比例的过度(约13.5%)和稳态误差较大(约0.1)。增加Ki的获得,我们有更大比例的过度(大约38%)和管理获得零稳定误差和更快的响应。P-I-D控制器可以介绍为了减少超调,确保收敛到指定的设计目标的响应。 |
| +比例积分(PI)控制器开发的理想的属性系统开环传递函数零稳态误差对阶跃输入。 |
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| 调优的PI控制器 |
| 一般的方法来调优: |
| 1。最初没有积分增益(TI)大 |
| 2。增加KP,直到得到满意的反应 |
| 3所示。开始添加积分(TI)减少直到稳定状态错误删除在令人满意的时间(可能需要减少KP如果结合成为振荡) |
遗传算法 |
| 简单遗传算法(GA)是一个搜索技术用于计算找到真正的或近似优化和搜索问题的解决办法。全球搜索启发式遗传算法分为。遗传算法是一个特殊的类的进化算法,使用技术进化生物学启发,如继承、变异、选择和重组。 |
| 遗传算法的基本思想: |
| 1)随机产生初始种群的个体是一个常数 |
| 2)由交叉和变异产生下一代个体。 |
| 3)形成的新的人口N个人代的2) |
| 4)生产未来人口通过重复步骤2)和3),直到获得个人满足的条件。 |
| 遗传算法是搜索技术。他们是自适应算法寻找全局最优解的优化问题。人口成员是字符串或染色体,这是最初的二进制表示解向量。GA进行选择子集(通常是成对)从人口的解决方案,称为父母,把他们称为儿童(或子女)产生新的解决方案。规则组合收益率的孩子是基于遗传交叉的概念,它由交换解决方案的特定变量的值,偶尔一起操作,比如随机值的变化(称为突变)。交配产生的孩子的家长,通过生存能力测试,然后可以选择作为新一代的父母。父母的选择匹配在每一代基于偏置随机抽样方案,这在一些(标准)的情况下进行并行在单独的亚种群的最佳成员定期交换或共享。 |
| 优势 |
| GA有许多优点。 |
| 它可以快速扫描一个巨大的解集。 |
| 坏的建议不会影响最终解决负面他们只是丢弃。 |
| GA的归纳性质意味着,它不需要知道任何问题的规则——它是通过自己的内部规则。 |
| 这是非常有用的对于复杂或松散定义的问题 |
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| 图4。显示了输出功率波形PMSG的涡轮的价值比率,λ= 7.5,风速V = 12米/秒。发现三相功率得到定居下来后200千瓦具体时间和恒功率。 |
| 速度、转矩和转子角 |
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| 图5。的速度和转矩波形意味着PMSG不论转子角是常数。 |
| 三相发电机电流 |
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| 图6。显示PMSG的三相电流变化从-200年到200年为风速V = 12米/秒和λ= 7.5。 |
| 三相电源 |
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| 图7。显示了输出功率波形PMSG的涡轮的价值比率,λ= 8.5,风速V = 12米/秒。发现三相功率得到定居下来后200千瓦具体时间和恒功率。 |
| 三相发电机电流 |
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| 图8。showstshe PMSG的三相电流变化从-400年到350年对风的速度V = 12米/秒和λ= 8.5。 |
V.CONCLUSION |
| 呈现的结果显示翻译的变速风力涡轮机MPPT控制器。翻译包括MPPT算法在风力发电系统中是必要的,由于瞬时风速的和不可预测的变化,提出了基于PI控制结构监管机构提供了一个最优控制解PMSG风力涡轮机。翻译一个新的MPPT方法PMSG风力涡轮机系统提出,在PI控制器添加到力量控制器来提高theMPPT控制的动态性能。同时,该方法是健壮的parametervariation PMSG自扭矩反馈controlis不是必需的,有别于传统最优torquecontrol方案。PI控制器减少了误差控制器基于遗传算法获得最优收益结果表明,基于遗传算法的优化策略使用设计PI控制器的收益是非常有效的寻找最优收益从而可以喂任何负载的能量保持不变而不中断。该方法可以很容易地扩展到包括电池充电管理或其他可再生能源的控制,同时也可以修改控制dc / ac变换器在短时间的情况下风能转化系统。在这部作品中,变速风力发电能量转换是建模效率比定速风能转换系统。 |
引用 |
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