改进的双PWM型直驱永磁风电机组并网控制策略

在分析直驱永磁同步风力机速度环特性的基础上,推导出机侧脉宽调制(PWM)变流器速度控制环的闭环传递函数。由于该传递函数中存在非原点闭环零点,提出了一种改进的PI控制策略,消除了非原点闭环零点,改善了系统在受扰时的动态特性,提高了并网电流的波形质量,并将其策略应用于网侧PWM变流器的控制。仿真结果表明,改进的PI控制策略能够有效减少机侧和网侧控制系统动态响应时的超调量,加快系统响应速度,提高整个双PWM型直驱永磁同步风电系统并网运行的稳定性。     

大容量直驱风电机组级联直流组网系统设计

传统交流组网风电场系统存在多次电能转换、成本高的问题。针对这个问题,设计了一种大容量直驱风电机组级联直流组网海上风电场系统,其直接将每台机组的直流输出级联形成高压直流进行传输,而无需额外的海上升压站平台。风电机组采用了永磁直驱风力发电机及其变流器,其中变流器包括了AC/DC单元和DC/DC单元,并设计了控制策略,即通过DC/DC单元的占空比调节来实现电流的持续输出和最大功率跟踪。陆基逆变电站采用晶闸管型逆变器,设计了工作模式和控制策略,其主要功能是实现高压直流链路的电压电流调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了容量为150 MW的风电场系统进行了仿真计算,计算结果验证了该系统具有较高的鲁棒性和对风速变化的适应性,同时每个机组都能独立的实现最大风能捕获。     

永磁驱动重构型车载充电机三相DC/DC变流器的研究

提出了一种新型永磁驱动重构型车载充电机三相DC/DC变流器集成系统。该集成系统将永磁驱动的电机绕组和DC/AC逆变器重构成车载充电机实现电动汽车驱动-充电的集成,具有空间利用率高、充电快速和可靠性高等特点。分析了集成系统的结构和工作原理,推导了充电系统的三相DC/DC变换器数学模型。在此基础上,利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了驱动-充电集成系统仿真模型,对同步脉宽调制(PWM)控制和交错PWM控制策略进行仿真研究,分析对比了交流侧电压电流、直流侧电机绕组电感电流和直流侧电压波形。仿真结果表明,与交错PWM控制策略相比,同步PWM控制策略下该新型结构充电系统具有更好的运行性能。     

基于同伦函数的直驱永磁同步风电机组次同步振荡特征值分析

为了研究直驱永磁同步风电机组的次同步振荡问题,建立了典型的风电系统数学模型。在使用传统特征值分析法的基础上,利用同伦函数代替参与因子法,准确且直观地辨识出系统振荡模态特征值对应的状态变量。在此基础上进一步分析状态变量对应的参数对系统振荡模态特征值的影响。最后,通过PSCAD/EMTDC平台进行时域仿真。结果表明:直流电压控制外环积分系数和电流控制内环比例系数对系统的次同步振荡有很大影响。     

永磁同步风力发电系统的分数阶比例积分控制算法研究

将分数阶比例积分(PIλ)控制器应用于直驱型永磁同步风力发电系统,来达到实现系统高性能控制的目的。重点研究了永磁同步风力发电系统的分数阶PIλ控制器参数设计方法。通过分数阶PIλ控制器系统的仿真研究与试验分析,结果表明:采用分数阶PIλ控制器的系统具有较快的响应速度和较高的功率输出性能,具有一定的发展潜力和实用价值。     

不对称电网故障下双馈风力发电机的比例-积分-谐振滑模控制器设计

针对不对称电网故障下,双馈风力发电机的控制策略进行了研究。讨论了电网故障时转子侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)的控制目标,合理安排了电网严重故障时的控制优先级。基于比例-积分-谐振滑模控制原理设计了机侧和网侧变流器协同控制方案。通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了所设计控制方案的仿真模型。仿真结果表明,在电网正常运行的情况下,与传统的矢量控制策略相比,比例-积分-谐振滑模控制策略对输出功率、电流变化的响应更迅速,具有更好的动态性能和抗扰动能力;在电网不对称故障下,能够有效地抑制电磁转矩振荡和直流母线电压波动,提高了双馈式风力发电机的低电压穿越能力。     

直驱风电场并网对系统静态电压稳定性的影响

风电场的大规模接入会对电网静态电压稳定性造成不容忽视的影响。以含直驱风电机组的扩展单机无穷大系统为例,通过2种静态潮流计算方法对含直驱风机的系统等值模型进行分析,推导风电接入后系统并网点母线电压的解析式。在BPA中分别建立含直驱风电机组的扩展单机无穷大系统以及实际电网系统的仿真模型,对比理论计算结果与仿真试验结果。分析并网点母线电压在不同控制方式下,风电渗透率、风机并网位置、负荷接入比例和负荷接入位置等因素对系统静态电压稳定性的影响。     

基于反馈线性化的双馈风电机组次同步控制相互作用抑制策略

大规模风电经固定串补线路送出时,由于变流器与固定串补之间的相互作用,使双馈风电机组(DFIG)可能会存在一种新的次同步谐振(SSR)问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。提出反馈线性化控制策略,并将之应用于DFIG转子侧变流器和网侧变流器控制回路以抑制SSCI。首先对系统的反馈线性化条件进行验证,再选取合适的坐标变换,在保证系统零动态稳定的前提下求得非线性状态反馈规律。在MATLAB/Simulink下的仿真结果表明:与参数已整定的比例积分控制策略相比,反馈线性化控制策略能够有效抑制SSCI,使DFIG在不同串补度和风速下都能保持稳定运行,且不影响DFIG的故障穿越能力。     

基于多物理场耦合的直驱永磁同步风力发电机定子绕组优化设计

直驱永磁风力发电机具有结构简单、成本低、运行可靠等优点,在风能发电领域具有潜在的应用价值。以1台1 200 kW直驱永磁同步风力发电机为研究对象,进行了电磁场、温度场及热应力场等多物理场耦合分析,考虑由于温度变化及热变形对永磁体、铜线等电磁材料性能的影响,最终实现电磁性能、温度及形变的收敛,从而更为准确地分析发电机性能。以多物理场耦合分析方法对该发电机进行定子绕组优化设计,使绕组设计更加合理。所得结论对直驱永磁同步风力发电机设计具有一定的参考价值。     

永磁同步曳引机变频调速系统的内模控制

永磁同步曳引机是典型的非线性多变量强耦合系统,在同步旋转坐标系下dq轴电流存在耦合,传统的PI控制器无法实现解耦,提出一种基于内模控制原理和空间矢量算法相结合的高性能永磁同步曳引机解耦控制方法,用内模控制策略控制理想电机模型,对定子电流交叉耦合电势动态解耦,提高系统的动态响应性能,同时在整个电流闭环过程中对参数摄动和外扰动具有良好的鲁棒性,这种方法不需要额外的电机参数和检测硬件,试验结果验证了这种方法有效可行。     

永磁直驱风电系统中最大功率点跟踪控制优化的仿真研究

分析了风力机特性、永磁直驱电机模型、变换器控制策略及各种功率跟踪控制算法优缺点,并提出一种基于爬山搜索法的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法的优化。在MATLAB/Simulink环境下搭建了永磁直驱风力发电系统模型,仿真分析了控制方法对最大功率点的跟踪效果,结果表明当风机起动及风速变化时MPPT控制方法能够使系统快速稳定在新的工作点,捕获得最大功率。由此验证了改进优化后的控制方法及所搭建模型的准确性与有效性。     

一种改进的虚拟永磁风力发电系统模拟平台

提出了一种包含风剪塔影效应的风力发电系统的改进型模拟方案。以背靠背三相变流器平台为基础,建立了考虑包含风剪塔影效应的虚拟永磁直驱风力发电系统的数学模型,进而搭建其控制系统;针对简化叶尖速比与转矩系数拟合的问题,提出了一种基于Kalman滤波的分段线性拟合的方法来简化拟合方程;利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建虚拟风力发电系统模拟平台,对负载变化时的模拟平台输出以及有无风剪塔影效应时风力机的机械转矩变化进行仿真分析。仿真结果表明,该平台能够较好地模拟出风力机发电机组地运行特性。     

模块化定子永磁风力发电机及其控制

针对海上风能开发和利用,提出和设计了一种新型结构的永磁风力发电机。所提出的电机由多个空间均匀移相的模块化定子永磁发电机(MSPMG)组成,每个MSPMG是独立的单相双凸极电机,每个定子模块包含永磁、齿极和线圈,减小了模块间的磁耦合和线圈互感。通过分析MSPMG的电磁特性和发电原理,基于变分原理推导出MSPMG的最优功率控制策略,利用单相H桥全控整流电路实现了对电枢电流的控制。有限元分析证明MSPMG各个模块间的磁路耦合很小,运行状态相互独立,因此该电机具有很强的容错运行能力。基于软件仿真证实了所设计电机及其控制策略的正确性和有效性。     

用于故障穿越的飞轮储能双三相异步电机驱动控制研究

随着海上风电场的发展和高压直流输电技术的应用,风电场系统存在交流侧故障穿越的问题。针对这个问题,提出了一种用于故障穿越的基于模块化多电平变频器和双三相异步电机的飞轮储能系统,并设计了其驱动控制方案。飞轮储能系统采用了模块化多电平技术能方便地构建大功率高压变频器,并具备扩容能力。为了提高飞轮储能系统的可靠性,采用了双三相异步电机驱动,从而提高了冗余性。接着设计了能均衡各个模块电容电压的双三相异步电机驱动控制算法。最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了风电场和飞轮储能系统的仿真模型,进行了仿真计算。仿真结果验证了飞轮储能系统的功能和驱动控制策略的性能。     

基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无电流传感器预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)因过电压、过电流及误操作等容易造成电流传感器故障,影响PMSM的控制精度的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波的PMSM无电流传感器预测控制算法。对于PMSM,通常需要两个电流传感器来采集定子电流信息,所提方法通过扩展卡尔曼滤波估计定子电流代替电流传感器。通过基于扩展卡尔曼滤波的PMSM无电流传感器预测控制算法与常规有电流传感器在线变速和变载仿真对比得到,所提方法具有和有电流传感器相同的控制性能。参数鲁棒性仿真表明,所提方法具有较强的参数鲁棒性,能够满足实际控制需要。     

基于单神经元算法的内嵌式永磁同步电机智能驱动控制

基于人工神经网络的内嵌式永磁同步电机(IPMSM)智能驱动控制性能要明显优于传统控制方法,但是存在计算量大和离线训练时间长的问题。针对该问题,提出了一种基于单神经元算法的IPMSM智能驱动控制策略。阐述了永磁同步电机的数学模型及电流转矩控制规律;并基于单神经元的控制原理,推导了驱动控制律,由于采用的是单神经元结构并设置了迭代算法的边界,因此达到了计算量减小和训练较少的效果。最后,搭建了小功率电机驱动试验平台开展了试验研究,并通过与传统PID控制的对比试验,验证了新型控制器的性能。     

计及全风况小干扰稳定的双馈风机变换器控制参数设计

随着双馈风电并网容量增大,系统的稳定性与风机变换器控制参数的相关性也越来越大,风机变换器控制参数整定时必须计及电网小干扰稳定性。针对双馈风机单机无穷大系统,建立风机工作在全风况下的小信号模型,采用李雅普诺夫线性化方法并考虑风速分区,分别推导出风机在最大功率跟踪区、恒转速区、恒功率区电网小干扰稳定分析的状态方程。分析风机变换器控制参数与特征根之间的相关性,引入表征系统稳定性强弱的小干扰稳定裕度指标,提出使系统全风况小干扰稳定的风机变换器控制参数设计方案。实例仿真表明:所提方案可快速获取有效参数,并保证全风况下电网小干扰稳定性。     

磁极组合型无铁心永磁直驱风力发电机转子结构设计

Halbach阵列用在电机上有很多好处,但却造成成本上升,研究了一种适用于无铁心永磁直驱风力发电机的径向磁场磁极组合型Halbach阵列,阐述了该新型磁极的结构与优点。借助二维有限元分析方法,找到了利于实现Halbach阵列单边磁屏蔽能力磁极组合方式,并且优化了软磁材料的尺寸,确定了电机的极弧系数。与常规Halbach阵列相比,优化后的组合磁极型电机在保证一定气隙磁密的基础上,减少了永磁体用量,降低了电机成本。