基于改进型同步逆变器技术的微电网变换器

针对风光储等分布式电源接入配电网(微电网)造成系统“低惯量、欠阻尼”进而导致的稳定性问题,对模拟同步发电机外特性的虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术进行了研究。在下垂控制的基础上,通过对电磁方程和机械方程的设计,使得电力电子装置的变换器具有同步发电机的转子转动惯量和阻尼特性,同时具备一次调频调压的能力。同时,对VSG输出功率的动态和稳态特性的矛盾性,提出一种改进型VSG方案。最后,利用MATLAB/Simulink仿真工具,验证所提模型和控制策略的正确性与有效性。     

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。     

励磁系统仿真模型校正技术研究

励磁控制系统作为同步发电机的重要组成部分,主要作用是向同步发电机的定子绕组提供一个可控的直流电流(电压),维持机端电压恒定,满足同步发电机的正常发电需要。通过发电机组控制系统模型,及时校正机组仿真模型,对异常响应进行预警排查,能够有效提高系统运行的稳定性。在MATLAB中搭建了一种以外部仿真机作为励磁调节器的单机无穷大系统仿真模型,模拟励磁系统PID主环异常以及电力系统稳定器(PSS)辅环异常时的输出,与理论值进行对比分析,能够及时确定故障原因和部位,实现故障维修。     

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。     

某型直升机发电机带不对称负载时的模型分析

直升机电磁式无刷同步发电机系统带不对称负载时,系统的性能分析对飞机电网来说非常重要。而常用仿真平台MATLAB软件中,电磁式无刷交流同步发电机模型不能用于不对称负载的仿真分析,针对这一问题,本文提出了一种基于abc/dq0变换的新型同步电机仿真模型,有效解决了系统带不对称负载时的建模问题。基于所建模型进行了一系列仿真分析,仿真结果验证了该模型的正确性和可行性,为直升机发电机系统分析与设计提供了有效方法。     

同步发电机整流系统带恒功率负载的稳定性分析

 在现代飞行器电源系统负载中,功率变换器和电动机驱动装置大量增加,所表现出的负阻抗特性对系统稳定性产生十分重要的影响。采用状态空间平均法对同步发电机整流系统带恒功率负载(CPL)的稳定性进行了分析研究。建立了同步发电机整流系统同时带阻性负载和恒功率负载时的小信号数学模型,通过讨论负载参数对系统稳定性的影响,得到系统带恒功率负载时的极限值和稳定工作区域,所设计的串联校正环节在一定程度上改善系统响应快速性的同时,使系统的相角裕度增加了53°,有效地提高了系统的稳定性。     

带谐波抑制的新型异步电机无功补偿控制策略

针对由电容器和静态无功发生器组合而成的异步电机无功补偿装置仍然存在的谐波放大的问题,研究了相应的控制策略。首先,研究了基于多个二阶广义积分器的负载谐波电流准确提取算法;其次,在传统的d轴电网电压定向矢量控制的基础上,加入谐振控制器来控制脉宽调制并网变换器向电网输出的谐波电流,从而实现对电网谐波电流的抑制。构建系统的仿真模型,进行了仿真研究,仿真结果验证了谐波提取方法和控制策略的有效性。     

基于模糊控制的虚拟同步发电机并网策略研究

在基于虚拟同步发电机三相逆变器控制的基础上,利用电容电压和电流反馈,构成双环控制系统。其中,电流环和电压环都采用比例积分控制。但是,传统的双环控制存在精度不高且响应速度较慢等缺点,而模糊控制具有根据系统实时性产生的非线性系统误差的大小,进行在线调节参数的功能。在此基础上,提出了一种基于双环控制和模糊PI相结合的虚拟同步电机控制策略,并搭建了相应的模型。详细分析了加入模糊之后双环控制的参数整定,并通过仿真研究来证明所提方法的有效性。     

一种用于提高发动机气动稳定性的控制策略

通常,风扇/压气机可用稳定裕度明显高于具体使用条件下的最大值,理论上为发动机性能提高提供了可能。基于上述思想,本文开展了主动稳定性控制(ASC)方法研究,在小畸变下,通过降低稳定裕度要求来提高性能;在超出畸变容限时,必须无条件保证发动机的工作稳定性。建立了进气畸变气动稳定性模型,并嵌入常规控制规律,推导出主动稳定性控制规律,给出相应控制策略。以某涡扇发动机为对象,开展了主动稳定性控制仿真研究。结果表明,在中等畸变强度以下,主动稳定性控制能有效满足降低稳定裕度的要求。     

基于超螺旋二阶滑模的双馈风力发电机控制策略

传统双馈风力发电机(DFIG)控制存在抖振现象,容易造成系统的不稳定。为了减轻控制抖振现象,提高控制的稳定性,在分析了DFIG动态特性的基础上,建立了DFIG的数学模型,设计了超螺旋二阶滑模控制器,并研究了突变风的情况下滑模控制器的控制性能。通过MATLAB/Simulink工具进行了仿真验证。仿真结果证明:滑模控制器具有良好的最优转矩跟踪能力和无功调节能力,与一般的控制方法相比鲁棒性较强,转子控制电压连续,控制产生的抖振可以大幅减轻,系统的稳定性大大提升。     

基于SVG的双馈风电场电压稳定控制策略研究

双馈异步发电机(DFIG)在大规模风电并网环境下提供的无功功率无法满足并网需求。虽然引入固定电容器能够提供无功补偿,但系统受功率耦合的影响无法有效实时维持电压稳定。提出了一种静止无功发生器(SVG)与DFIG协调补偿无功的控制策略,同时引入电力系统稳定器(PSS)抑制系统的低频振荡,充分利用DFIG风电机组自身发出无功的能力,减少了SVG的配置容量。在MATLAB/Simulink软件仿真平台建立DFIG风电机组并网模型,仿真结果证实了此控制策略能够完成连续无功补偿,有效维持并网点电压稳定,增强系统输电能力。     

基于可变减载率超速控制的双馈异步风机参与微电网调频研究

为了使双馈异步风机(DFIG)能够更好地参与微电网频率调节并减少有功控制成本,综合考虑风机向微电网输送有功功率和提供备用容量参与系统调频两方面因素,提出了变减载率超速控制法。计及风速出现概率,采用概率加权求和法,考虑减载成本、调频效益和调频恢复成本求解超速控制成本(COC),得到变减载率曲线。通过对一个含DFIG的微电网系统进行仿真分析,验证所提方法可有效改善微电网频率动态特性,减少风机有功控制成本,有利于微电网的稳定运行。     

基于负载惯量匹配的双电机同步控制方法

在交流伺服系统运动控制领域,针对双电机同步精确控制时由于两轴负载惯量相差较大、额定运行速度快、到位精度要求高等控制难点,提出了简单且有效的同步控制方法,并在试验中进行了验证。该方法包括对同步控制方式的设计和误差补偿算法2个部分。首先,设计使用基于虚拟主轴的主从控制方式,可实现惯量匹配的同步指令输出;在此基础上,从负载特性入手,提出了基于加权耦合的误差补偿方法,能实现快速稳定的同步误差补偿。仿真与试验结果表明,该方法能够满足伺服运动系统的定位精度和同步控制精度要求,同时在一定程度上提升了系统的平稳性和补偿响应速度,工程实现效果较好。     

变频交流发电系统双定子绕组异步发电机短路瞬态分析

航空变频交流电源发电机突然短路是一种常见的故障情况,其瞬变过程值得展开深入研究。针对用于航空变频交流发电系统的双定子绕组异步发电机(DWIG),分析了两套绕组同时发生对称突然短路的情况,运用解析法给出了短路电流的衰减规律,最大短路电流计算公式及到达时刻。研究结果表明,DWIG在短路时定子绕组中将产生两个直流衰减分量和一个旋转衰减分量,分别对应两套定子绕组和转子的影响,其瞬态电抗的形式与带阻尼绕组的同步电机直轴超瞬变电抗类似,并与瞬态电流的峰值成反比关系,分析表明DWIG短路电流的峰值小于同步发电机。所得的结果能够有助于深入理解DWIG的瞬态特性,获得的解析公式有助于对发电机突然短路电流进行估算,辅助发电机电磁设计,可以为发电系统保护单元和控制器的设计提供理论参考。     

起动发电机在中国大型客机上的应用

变频交流（AC）发电机在三级式恒频交流同步发电机的基础上发展而来，其宽的变速工作范围给发电机系统带来了新的特点，而变频交流起动发电机又是在变频交流发电机基础上进一步发展的，其运行条件及工作特性更为复杂。首先介绍变频交流发电机的结构特点，并给出其设计关键点以及变频工作对发电系统的影响；进一步针对变频交流起动发电机新增的起动功能，重点分析起动工作时励磁机的两种工作方式，并给出建议的工作方式。通过分析现有变频交流起动发电机及其起动发电系统，指出进一步提高其功率密度和效率是完全可能且必要的，从而为其在中国未来大型客机上的应用和发展提供参考与建议。     

限制转子电流的双馈风电机组虚拟同步控制策略

随着新能源的大规模开发利用,其在能源结构中的占比不断提高。为了维持大电网的平稳运行,要求双馈风机等新能源机组参与电网调频。双馈风机的转子侧变流器存在容量限制,而调频过程中转子电流变化可能会超出此限。为应对这一问题,首先分析了双馈风力发电机的数学模型,并得出了额定转速下dq系的转子电流控制模型;然后使用误差转化函数与李雅普诺夫方法,设计了限制转子电流的控制器,并与常规的虚拟同步控制相结合,提出了一种改进的虚拟同步控制策略,可以兼顾风机调频的需求与调频动态过程中转子电流的限制。通过仿真验证了所提出控制器参与电网调频的能力以及对于转子电流的良好控制。     

基于高功率因数控制的永磁同步电机无电解电容驱动系统控制策略

永磁同步电机无电解电容驱动系统因其成本与寿命的优势,在白色家电领域逐步得到广泛的应用。然而,由于使用小容量的薄膜电容取代大容量的电解电容,母线电压会以两倍工频波动,在母线电压处于波谷时,逆变器输出电压容易饱和,导致控制性能恶化,网侧电流畸变。因此,提出了一种基于高功率因数控制的转矩控制环和电压矢量修正策略,能够有效提升网侧功率因数,抑制网侧电流谐波并符合IEC 6100032标准。该算法的有效性通过仿真得以验证。     

基于神经网络的双馈感应发电机滑模控制

针对不平衡电网下双馈感应发电机运行不佳的问题,将神经网络控制和二阶滑模控制相结合构成的神经网络滑模控制器运用到双馈风力发电机的直接功率控制中。设计了二阶滑模控制器,二阶滑模能够有效地削弱传统滑模控制的抖振;接着,设计了径向基神经网络对系统的不确定部分进行逼近;最后,基于李雅普诺夫稳定性定理推导了神经网络权值更新律,证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明所设计控制策略能对有功、无功功率及其定子电流进行有效控制,削弱了传统滑模控制中的抖振。     

Unified Voltage and Pitch Angle Controller for Wind-Driven Induction Generator System

A unified voltage and pitch angle controller (UVPC) for a wind-driven induction generator system is presented to reach effective voltage control and to stabilize generator speed and system frequency. The proposed UVPC comprises a linear optimal controller (LOC), a supplementary voltage regulator (SVR), and a supplementary pitch angle controller (SPC). An ac voltage regulator and a dc voltage regulator are designed in the SVR to generate the desired voltage magnitude and phase angle for the voltage-sourced inverter (VSI). On the other hand, the SPC is designed based on fuzzy logic inference rules in order to generate the desired pitch angle command for the variable blade pitch such that the mechanical power can be controlled in a very efficient manner. When the system is operated in the islanding condition, an approach based on the concept of relative rotating speed has been developed for the measurement of system frequency deviation. Simulation and experimental results reveal that both bus voltage and mechanical power can be effectively controlled by the proposed UVPC for the wind energy conversion system (WECS) either connected with or disconnected from the power grid when there is sufficient wind energy.