模糊控制在小型风电系统MPPT中的应用

根据最大功率点跟踪的基本原理及常用风力发电控制系统的特点,提出了一种基于模糊控制、具有在线参数调整的自适应占空比扰动法,该方法能迅速地感知外界的风速变化,调整发电机与负载之间的功率匹配,使风力机以最佳叶尖速比运行。通过Matlab／Simulink仿真实验表明：采用模糊控制电路,风力机的输出功率大幅提高,在风速发生突变的情况下,也能快速地找到新的最大功率点。     

具有大实度直线翼垂直轴风力机气动特性数值模拟

针对实度对直线翼垂直轴风力机气动特性的影响,以采用NACA0018翼型小型直线翼的垂直轴风力机为对象,选取了0.30和0.35共2种较大的实度,每种实度下的叶片数分别为3,4,5.利用数值模拟的方法研究不同条件下直线翼垂直轴风力机的静态启动特性和动态功率特性.结果表明：在大实度情况下,叶片数对风力机气动特性的影响较大.在相同实度时,叶片数的增加能够降低各个方位角下静态力矩系数的波动,并对反向力矩有所改善,但会使最大力矩系数降低;在旋转状态下,叶片数的增加会减小最佳尖速比前的功率系数上升速度并降低功率系数,且最佳尖速比后的功率系数降低速度也减小.当叶片数相同时,具有0.35实度的风力机静态平均力矩系数大,且多数方位角下的力矩系数大于实度为0.30的风力机;在风力机旋转状态下,实度为0.30的风力机最大功率系数大于实度为0.35的风力机.     

基于LS-SVM的光伏最大功率跟踪控制方法

为解决自然环境剧烈变化条件下,传统光伏最大功率跟踪控制中存在的控制精度低和误跟踪现象,建立了基于最小二乘支持向量机的最大工作点电压预测模型,通过该模型预测光伏发电系统的最大工作点电压,并用预测电压来修正恒电压控制法的参考电压,从而实现光伏发电系统的最大功率跟踪控制。仿真结果表明预测模型具有较高的精度,相对误差在0.04以内,控制方法能够快速、稳定地实现光伏发电系统的最大功率跟踪,有效避免误跟踪现象。     

基于改进的扰动观察光伏发电MPPT控制方法的仿真研究

为改进传统扰动观察法跟踪速度慢、稳定性差的问题,提出一种改进的扰动观察法。在光伏发电系统到达最大功率前,通过扰动步长与功率差成正比的方式进行扰动,当功率差大于所选阈值E时选择大步长快速到达最大功率点附近,当功率差小于阈值E时采用小步长进行跟踪扰动。利用Matlab/Simulink搭建光伏发电系统的最大功率点跟踪模型。仿真实验表明:到达最大功率点所需时间从传统扰动观察法的0.045s减少到0.03s左右。达到最大功率点后,震荡也比传统扰动观察法明显减小,避免过多的能量损失。     

燃料电池三点比较实时电阻匹配最大功率跟踪

依据最大功率传输理论以及燃料电池电气的特性,提出了一种适用于燃料电池的最大功率跟踪控制方法。该方法通过实时在线检测燃料电池工作点处的输出电压与电流并计算燃料电池的内阻和理想状态下欧姆极化区的开路电压,求解出最大功率点对应的电流型变换器的参考电流。通过控制变换器使燃料电池能够较为稳定地工作在燃料电池欧姆极化区的最大功率输出点处。当外界环境发生变化时,通过电流型扰动观察法完成对燃料电池的最大功率点跟踪。所提算法具有功率自校正功能,以减小算法本身对燃料电池功率输出的扰动。仿真结果表明:当负载或者工作环境发生变化时,该算法可以有效地跟踪燃料电池的最大功率点。     

以角速度为转向动作反馈的拖拉机自动导航控制系统

针对传统农机导航控制系统中转向角度传感器安装麻烦、可靠性较低的缺点,采用角速度计作为拖拉机转向动作的反馈传感器,结合拖拉机加装的基于CAN总线结构的导航控制装置,设计了串级PID自动导航控制系统,内环PID控制器用于转向控制,外环PID控制器用于路径跟踪控制。由于角速度计噪声误差较大,为避免对角速度的积分运算引起误差持续累积增大,角速度计的测量数据仅直接用作内环PID控制器的反馈;外环PID控制器的控制量也设计为角速度值。因此,在以转向角为控制量的比例控制算法基础上,本文又推导、设计了以角速度为控制量的外环PID控制算法。路面实验结果表明,本文设计的以角速度为转向动作反馈的拖拉机自动导航控制系统,直线路径的稳态跟踪误差平均值约为4.1cm,误差绝对值最大为12.9cm,验证了角速度计在农机导航控制系统中应用的可行性及所提控制方法的正确性。     

基于多种UDF方法的变桨距垂直轴风力机性能分析

为了提高垂直轴风力机的性能,针对变桨距垂直轴风力机,利用叶素理论求得叶片在不同方位桨距角的变化规律,使叶片在各个不同位置升力系数达到最大;通过滑移网格、动网格、滑移网格动网格组合等动区域方法的研究,实现了变桨距垂直轴风力机主动控制数值模拟方法的多元化;最终获得不同叶片各自产生的总力矩和风能利用率。用垂直轴风力机的试验和模拟对比分析,验证了数值模拟结果的可靠性。结果表明,采用变桨控制规律的垂直轴风力机,提高了风力机的风能利用率,尤其是在低尖速比情况下,很大程度上改善了风力机的起动性能,尖速比为1.5、2.0、2.5时,相对定桨距风力机功率都增大90%左右。     

太阳能绿地灌溉的MPPT仿真研究

为了改善太阳能电池的转换效率,需要对其输出的最大功率实施跟踪。为此,针对绿地灌溉的太阳能供电系统,根据太阳能电池的模型及其输出特性,将恒压跟踪法和扰动观察法结合在一起,实现了太阳能电池最大功率点跟踪,并通过仿真研究进行了验证。     

风力驱动热泵系统分析

提出了一种由风力机直接驱动的热泵系统,阐述了其工作原理;通过研究风力机的输出功率、扭矩与热泵循环压缩机输入功率、转动扭矩的匹配关系,认为风力机直接驱动热泵系统是可行的,风力机与热泵循环压缩机匹配时,在风速变化比较大的场合,宜选择输入功率较小的热泵压缩机.     

偏心风轮结构对垂直轴风力机气动特性影响数值模拟

为了改善垂直轴风力机气动特性,提出了一种具有偏心结构的直线翼垂直轴风力机风轮形式,通过增大叶片气动力对转轴的作用半径来改善风力机的起动性能和提高输出功率特性.以采用NACA0018翼型的3叶片风力机为对象,利用数值模拟方法计算了具有6种不同偏心量风轮结构的风力机静态起动力矩系数和输出功率系数,分析了不同偏心量对风力机气动特性的影响规律.计算结果表明:适当的偏心量可消除在某些方位角处的反向力矩,使静态力矩系数波动变得平滑,从而有效改善直线翼垂直轴风力机整体起动性能.同时,适当的偏心量还可有效提高风力机的输出功率特性,最大功率系数可提高12%.     

1.5 kW风力发电机功率测试系统

利用激光雷达测风仪对风力发电机安装环境进行测试,设计并搭建适用于野外试验的小型风力发电机功率测试平台.分析采集的风环境数据,对试验场地进行风环境评价.通过监测离网型风力发电机在野外的运行状态,对采集的风力发电机输出功率及对应的来流风速和风向数据进行筛选整合,绘制风力发电机实际风速-功率曲线,采用最小二乘法拟合输出功率特性曲线.结果表明:设计搭建的野外风力发电机功率测试平台可对实际运行风力发电机输出功率进行监测,也可用于风洞试验测量;利用激光雷达测风仪对风环境进行监测,可作用于风力发电机安装方向和安装高度的选择;利用风力发电机的风速-功率理论曲线进行发电功率预测会产生较大误差;采用拟合的6次多项式曲线进行风力发电机功率计算,结果更加精确.文中所得实际测量数据可为风力发电机野外测试提供参考.     

从纵横向流场分析垂直轴风力机功率随转速的变化

为了进一步明晰风轮转速对垂直轴风力机功率输出的影响,以某垂直轴风力机为研究对象,基于Fluent计算软件,采用SST k-ω湍流模型结合滑移网格技术,利用SIMPLE算法迭代,采用二阶迎风格式对垂直轴风力机进行非稳态计算.计算得到了不同转速下的风轮输出功率,通过将计算结果与试验结果进行对比分析,进一步验证了风轮功率随转速变化的规律.风轮速度场研究给出了尾迹不同位置处的纵向剖面速度云图,其中尾迹纵向剖面速度云图中的低速区出现了竖直方向对称而横向不对称现象.同时,通过对比风轮在不同转速下的尾迹流场纵向剖面速度云图和横向涡量场云图的差异发现风轮在额定转速下吸收风能最多,涡量损耗最小,并分析这种现象的诱因,从纵向流场和横向流场双重角度解析了风轮在额定转速下输出功率最大的原因,更加清晰地揭示了风轮输出功率随转速变化规律的机理.研究内容通过纵向截面和横向截面双重角度展现了风轮流场的变化,可为垂直轴风力机的设计和气动性能改善提供参考.     

风向变化速度对风力机功率及转速的影响

为了探索风向变化时风力机输出功率及转速的变化情况,以某S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,利用旋转平台模拟风向匀速变化过程,采用IEC61400中规定的极端风向角变化速度5°/s为上限,每间隔1°/s选取1个风向变化速度,即选取1,2,3,4和5°/s这5个风向变化速度,研究不同风向变化速度下风力机输出功率、转速的变化规律.结果表明:风力机在不同风向变化速度下其输出功率与转速总体都呈现波动下降趋势,同一风速下风向变化速度越大,下降速率越快,但在其风向变化过程中对应的下降幅值越小;在风向变化开始与结束时都存在迟滞现象,风向变化开始时风力机输出功率出现小幅度上升,并持续波动3 s左右后才会开始下降;风向变化结束后,风力机需要继续运行一段时间后输出功率与转速才会达到稳定值,风向变化速度越大,该迟滞时间越长,初始尖速比越大,最终稳定后数值越大.     

采用新颖翼型的H型风轮气动特性试验研究

为了提高H型风轮的自启动性能,探索性地设计了一种仅有前缘和一个翼面的新颖翼型,并对采用该翼型的H型风轮进行风洞试验,分别测试了H型风轮在多个风速下的空载启动性能和功率输出特性,分析了雷诺数效应及翼型对于不同实度风轮的适用性.结果表明:采用新颖翼型的H型风轮能够低风速启动,具有较好的启动性能,该翼型对于提高大实度风轮的启动性能尤其明显;采用该翼型的大实度风轮以阻力为主要驱动力,本质上属于阻力型风力机,然而具有较高的风能利用系数.综合启动性能和功率输出特性,文中设计的翼型适用于大实度H型风轮.     

偏航状态下水平轴风力机尾迹偏移及湍流特征分析

为探索水平轴风力机偏航状态下尾迹变化情况,采用数值模拟结合理论分析的方法对不同风速、不同偏航角工况下的S翼型水平轴风力机尾迹流场进行数值分析.首先分析偏航与风力机输出功率之间关系,在此基础上分析不同偏航角工况尾迹中心的偏移情况以及尾迹处湍流强度的变化情况.结果表明:随着偏航角的增大,叶片表面的压强差减小,方位角每隔120°,叶片表面正压和负压在数值上均达到一次峰值,能造成风力机输出功率有明显损失的恶劣偏航角临界值为10°~15°;随着偏航角增大,沿轴向在1.0D之前尾迹速度中心向X轴的负方向偏移的程度增大,在此之后偏航角小于15°时尾迹中心的偏移程度增大,偏航角大于15°时减小;随着偏航角的增大,尾迹湍流强度的最大值增大,尾迹湍流强度恢复加快,尾迹缩短;偏航下风力机尾迹上下侧湍流强度分布不对称,湍流强度变化不同,使风力机尾迹湍流环境更复杂.     

信息化控制技术在风力发电控制系统中的运用

在现代风力发电技术的迅速发展进程中,风力发电控制系统不断丰富,风力发电机组的类型也日益扩展,尤其是电子功率变换技术的出现,极大地推动了风力发电控制系统,使之成为了具有一定优势的技术,在风力发电系统的控制结构之中,可以采用现代信息化控制技术,如：专家系统、自适应控制、模型预测控制、人工神经网络控制等,进行综合性的智能控制和应用,是风力发电控制系统安全有效运行的关键,是当前研究的热点,具有良好的控制应用效果。     

不同桨距角某小型水平轴风机的气动性能分析

为了研究风力机叶片对风力机运行性能的影响.以家用小型风力发电机风轮为对象,利用UG软件得到叶片的三维模型.通过有限体积数值方法求解流动域不可压缩的Navier-Stokes控制方程和k-ω SST湍流模型方程,其中扩散项采用二阶中心差分格式,对流项采用二阶迎风格式,压力-速度耦合采用SIMPLE算法,得到流场变量的数值解.通过分析数值结果,研究了风轮的气动性能,即功率系数、力矩系数和轴向力系数在不同桨距角下随叶尖速比的变化情况:即随着尖速比的增大,功率系数、力矩系数均先增大后减小;随着桨距角的增大,最大功率系数和力矩系数先增大后减小,而最大轴向力系数逐渐减小.同时,展示了不同桨距角下叶片尾部的流线图.通过对风力机叶片气动性能的研究,可为小型水平轴风力机叶片的优化设计提供参考.     

高原地区垂直轴风力机应用分析

青藏高原大部分地区属风能资源可利用区,但风向的多变特性限制了水平轴风力机的应用.从分析青藏高原地区风能资源分布情况及特征入手,依据高原独特的气象条件,采用理论分析方法探讨了空气密度对垂直轴风力机出力特性的影响规律,采用数值模拟方法对比海拔4 000 m处以及标准状态2种空气密度下垂直轴风力机的出力特性,归纳了光照辐射、覆冰、雷击等特殊因素对垂直轴风力机的影响.结果表明:空气密度对风能利用系数影响较小,但对输出功率影响较大.在相同风速条件下,同一垂直轴风力机在海拔4 000 m处(即ρ₁=0.843 7 kg/m³)输出功率约为在ρ₀=1.225 0 kg/m³地区的0.60~0.67倍.最后针对分析结果,提出了风轮改进设计方法及应对环境因素的改善措施.研究结果可对高原环境下垂直轴风力机的推广应用提供参考.     

关于风力发电技术与功率控制策略的研究分析

文章通过结合风力发电技术及其相关运行特性的相关内容,并分别从风速控制策略和风向标与功率控制策略两个方面,对风力发电技术的功率控制策略进行详细阐述。     

小型风力机系统气动及发电性能试验研究

为了揭示小型风力机系统气动及发电性能的差异,分别对某新型的风力机风轮及连接发电机的同一风轮的气动性能和发电性能开展风洞试验,详细分析了风轮的气动特性及发电机的电磁特性.基于风轮气动功率和发电机的发电功率试验数据,给出了风力机不同风速下的最优工作曲线和实际工作曲线,在不同风速下实际工作曲线中的发电功率峰值及其对应转速均小...