基于风力发电机典型控制策略的控制参数设计及稳定性验证

朱瑛; 郭雅慧; 王志聪

doi:10.7500/AEPS20201022004

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基于风力发电机典型控制策略的控制参数设计及稳定性验证

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于风力发电机典型控制策略的控制参数设计及稳定性验证
- Control Parameter Design and Stability Verification Based on Typical Control Strategies of Wind Generators
- 电力系统自动化 2021年45卷第17期页码：51-60
- 作者机构：
  
  河海大学能源与电气学院，江苏省南京市 211100
- 作者简介：
  
  朱瑛(1987—)，女，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向：风力发电及其并网控制技术、风电场优化布局及新型永磁电机控制技术等。E-mail：yingzhu@hhu.edu.cn
  郭雅慧(1998—)，女，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：风电控制等。E-mail：guoyh_98@163.com
  王志聪(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：风电控制等。E-mail：120905606@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金委员会-国家电网公司智能电网联合基金资助项目(U1966205);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(B210202067)
- DOI：10.7500/AEPS20201022004
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-10-22，
  
  修回日期：2021-04-19，
  
  网络出版日期：2021-07-13，
  
  纸质出版日期：2021-09-10
- 稿件说明：
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朱瑛,郭雅慧,王志聪.基于风力发电机典型控制策略的控制参数设计及稳定性验证[J].电力系统自动化,2021,45(17):51-60.

ZHU Ying,GUO Yahui,WANG Zhicong.Control Parameter Design and Stability Verification Based on Typical Control Strategies of Wind Generators[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(17):51-60.
朱瑛,郭雅慧,王志聪.基于风力发电机典型控制策略的控制参数设计及稳定性验证[J].电力系统自动化,2021,45(17):51-60. DOI： 10.7500/AEPS20201022004.

ZHU Ying,GUO Yahui,WANG Zhicong.Control Parameter Design and Stability Verification Based on Typical Control Strategies of Wind Generators[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(17):51-60. DOI： 10.7500/AEPS20201022004.

摘要

由风速变化引起的功率波动会对电力系统的稳定性以及风电系统变流器的可靠性等产生负面影响。文中基于风力发电机2种典型的功率平滑控制策略，即改进最大功率点跟踪控制和功率反馈控制，分别建立了从风速到输出功率、电磁转矩和转速的传递函数。然后，分析了风力机的稳定运行条件，合理设计了风力机稳定运行下变流器的控制器优化参数。此外，通过绘制系统的根轨迹以及分析随机风速下系统的Nyquist曲线和Bode图来进一步验证参数设计方法的合理性和可行性。最后，基于MATLAB/Simulink建立了永磁直驱风力发电系统仿真模型，检验所提出的控制器设计参数的效果。通过验证可知，优化设计下的参数能最大程度地跟踪功率、减小功率波动，同时保证风力机转速的稳定性。

Abstract

Power fluctuations caused by the changes of wind speed could have negative impacts on the stability of power systems and the reliability of converters in wind power systems. In this paper

based on two typical power smoothing control strategies of wind generators

namely the improved maximum power point tracking (MPPT) control and the power feedback control

the transfer functions from the wind speed to the output power

the electromagnetic torque and the rotating speed are established

respectively. Then

the stable operation conditions of wind turbines are analyzed

and the optimal controller parameters of the converter for the stable operation of the wind turbine are reasonably designed. In addition

the rationality and feasibility of the parameter design method are further verified by plotting the root locus of the system and analyzing the Nyquist curves and Bode plots of the system with random wind speeds. Finally

based on MATLAB/Simulink

a simulation model of permanent magnet direct-drive wind generation system is established to test the effect of design parameters of the proposed controller. The verification shows that the parameters with the optimal design can track the power to the maximum extent and reduce the power fluctuation

while ensuring the stability of the rotating speed for wind turbines.

关键词

Keywords

references

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