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。     

双馈风力发电机转子绕组故障的试验研究

在实际生产中,双馈风力发电机(DFIG)转子绕组状态监测能有效提高风电机组的运行可靠性。为研究DFIG转子绕组运行故障试验方案,首先介绍试验平台的基本原理、现场试验装置及搭建过程中主要问题的解决方法;然后以变换器网侧电流作为研究对象,分析故障特征信息流经变流器电力电子器件的传播规律,基于电流频谱提取转子绕组发生不平衡故障的诊断依据;最后基于获取的转子绕组三相不对称负载故障运行前后的转子绕组电流频谱图,可分析转子侧电气量故障特征频率。依据试验结果将转子变换器网侧电流频谱中的100 Hz、200 Hz和几个特征频率边频分量作为转子绕组不平衡故障的诊断依据;将3sf和(2±3s)f(s为转差率,f为基频)作为转子三相负载不对称故障的特征频率,具有一定的试验指导性和工程意义。     

基于改进控制策略与动态无功支撑相结合的高电压穿越方法研究

针对双馈风力发电机高电压穿越问题,利用Laplace变换对电网电压骤升时电磁暂态过渡过程进行分析,得出定子电流不仅含有直流分量,还包含有工频交流成分,并通过仿真频谱验证了理论分析的正确性。不同于常规研究中只在转子电压方程考虑定子磁链的动态变化,而忽略了其对功率外环的影响,分析了定子磁链动态变化对有功、无功解耦的影响,在此基础上对功率外环进行传统矢量控制策略的改进。此外,考虑并网规范对机组无功电流支撑的要求,控制换流器输出与电网电压骤升幅度相匹配的无功电流,帮助故障电网快速恢复。仿真结果表明,该方案不仅能够保证电网电压骤升时双馈机组不脱网运行,而且也满足并网规范对机组无功电流输出的要求,实现高电压穿越。     

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。     

双电机同步交叉耦合PID控制器的设计与试验验证

针对双电机同步控制问题,提出了一种交叉耦合PID控制器。首先建立双电机同步控制系统的数学模型,然后设计交叉耦合PID控制器,并给出了基于交叉耦合PID控制的双电机同步控制系统的稳定性定理,最后在双电机同步控制试验平台上进行试验。试验结果验证了设计的交叉耦合PID控制器的可行性。     

定子匝间短路故障下双馈风力发电机组高压穿越性能研究

为了研究定子绕组匝间短路(SWITSC)故障对双馈风力发电机组高压穿越的影响,基于多回路理论建立了计及定子绕组匝间短路故障的双馈感应发电机(DFIG)仿真模型,并在MATLAB/Simulink下建立了其S-函数。依据短路故障回路特性,分别在SWITSC前后建立了DFIG风电机组的ABC坐标系统和dq0坐标系统下的数学模型,并简要分析了SWITSC故障下的电磁特性。对双馈风电机组的高压穿越能力做出分析,分析了风电场电压升高的原因、高压穿越的标准及双馈风机在电网电压骤升下的暂态过程。重点研究了DFIG在SWITSC故障前后高压穿越的仿真结果。结果表明,定子绕组匝间短路故障会严重降低风电场的高压穿越的能力。     

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。     

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。     

基于瞬时频率分析的笼型电机转子断条故障诊断

电机电流信号特征分析方法诊断笼型电机转子断条故障时,诊断效果受制于电机运行状态的影响,甚至会发生误诊断。针对这一问题,提出基于瞬时频率分析的笼型电机转子断条故障诊断方法。首先对起动电流进行FIR低通滤波,以提取包含转子断条故障特征的单分量谐波信号,然后采用相位微分方法计算该信号的瞬时频率,并根据fs平面上的瞬时频率-滑差曲线判断故障发生与否。在3 kW电机试验平台上对所提出的方法进行验证,试验结果表明了所提方法的有效性。     

基于DSC整流器和双闭环PR逆变器的模块化中频静变电源

与传统中频电源相比,模块化中频静变电源具有选用灵活、可靠性高、冗余性好、便于系统维护等优点。中频静变电源整流器在控制母线电压稳定的同时还要实现单位功率因数控制。为此,具体分析了双电流环控制策略,给出了双电流环控制器中电压电流正负序分离原理和双dq锁相环的具体实现方法,即延时信号抵消(DSC)和双闭环准比例谐振(PR)。针对逆变器输出电压基波无差跟踪困难、谐波含量高等问题,采用双闭环多重准PR控制策略,实现中频电压的稳定输出。仿真和试验结果表明,双电流环控制器能同时实现母线电压稳定和单位功率因数控制,采用双闭环多重准PR控制策略的中频逆变器能够输出稳定的中频交流电压。     

双馈感应发电机机侧变换器直接功率控制策略比较研究

对双馈感应发电机(DFIG)的两种直接功率控制(DPC)策略进行比较研究。根据DFIG的数学模型,导出对DFIG进行DPC的统一控制模型;首先设计基于滞环比较器的直接功率控制(HCDPC)策略,采用开关型滞环控制器,直接实现定子有功功率和无功功率的解耦控制;其次将SVM技术应用于DPC,提出SVMDPC策略,根据DFIG定子有功、无功功率偏差,采用PI调节器,直接实现定子有功、无功功率的解耦控制;最后对两种DPC策略进行试验研究,验证了两种DPC策略的正确性和可行性,并对其控制性能进行了对比评估。     

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。     

DFIG在微电网中的电压控制策略与小干扰电压稳定性分析研究

为增强微电网小干扰电压稳定性,针对含双馈感应风力发电机(DFIG)的风光柴微电网,DFIG无功控制采用V-Q下垂控制并引入积分逻辑环节,同时计算变风速情况下DFIG有功功率对应的无功功率极限,对V-Q下垂控制与积分环节进行限幅。通过小干扰分析法找出了一对反映微电网电压响应特性的典型特征值,分析DFIG无功下垂系数取不同值时对典型特征值分布轨迹的影响。为了解决无功下垂系数取较大和较小值时带来的问题,经过参数改进后既促进了DFIG参与微电网调压的效果,又使微电网拥有更好的小干扰电压稳定性。最后在DIgSILENT/Power Factory仿真软件中搭建微电网模型,通过动态时域仿真验证了所提策略和方法对促进微电网调压以及提高微电网小干扰电压稳定性的有效性。     

航空发动机增益调度控制的多项式平方和规划方法

针对现有的线性变参数(linear parameter varying,LPV)控制器设计方法都是关于仿射参数依赖系统而没有专门针对多项式描述的LPV系统这一现状,提出了一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)规划的增益调度控制设计方法,并将其用于转速大范围变化时的航空发动机高压转子转速及压比控制.根据发动机非线性模型获取不同转速下的状态空间模型,并利用多项式拟合的方法建立发动机线性变参数模型.给出能够保证无静差的增益调度控制结构,利用有界实定理和多项式平方和理论推导出能够保证闭环系统鲁棒稳定的SOS约束条件,并形成控制器求解的SOS规划问题,通过求解获得多项式描述的增益调度控制器.分别以LPV模型和发动机非线性模型为对象做阶跃仿真,结果表明:高压转子转速/发动机压比控制系统的调节时间在2s以内,稳态误差不超过0.1%.      

直驱式电动台钻用开关磁阻电机高效控制

直驱式电动台钻用效率较高的开关磁阻电机(SRM)替换单相感应电机,将钻头直接固定到电机转子的输出端,省去传统台钻的皮带、塔轮等机械传动装置,实现直接驱动。为了实现直驱式电动台钻全转速范围内的无极调速功能,提出起动阶段采用电流斩波控制(CCC)提供大扭矩;低速阶段采用基于正余弦电流分配的方法抑制低速转矩脉动;中高速阶段采用电压斩波控制(CVC)+角度控制(APC)的变角度电压斩波组合控制方式对转速进行调节。从而实现了不同控制模式间的平滑切换的控制策略。试验结果表明:所提出的全转速范围的控制策略效率高、调速性能好,可有效提高电动台钻的性能。     

对转永磁同步电机模型预测控制

对转永磁同步电机(Antirotary PMSM)在采用矢量控制时,可等效为2个相同的电机串联,在同一个空间坐标系中控制。当负载突变时,两侧转子转速发生变化,由于PI调节速度较慢,两侧转子易发生失步现象,系统将不可控。为解决(Antirotary PMSM)的失步问题,选取对转电机在旋转坐标系下的d轴电流增量和q轴电流增量为状态变量,研究了适用于对转电机的模型预测控制,提出了对转电机的模型预测电流控制算法。该控制方法动态响应快,而且可以有效避免超调,具有良好的控制性能。仿真结果表明,模型预测控制比传统的PI调节器动态响应快,可以有效解决对转电机的失步问题。     

基于多项式平方和规划的航空发动机鲁棒LPV/PI控制

针对航空发动机常规(proportion integration,PI)控制器设计过程中难以保证鲁棒性及参数适应性差等问题,提出了一种基于线性变参数(linear parameter varying,LPV)模型及多项式平方和(sum of squares,SOS)规划的控制器设计方法.结合传递函数模型下的鲁棒稳定条件及弱对偶定理给出了多项式描述的LPV模型鲁棒稳定条件,并转化为便于求解的SOS规划问题.根据发动机非线性模型获取不同转速下的传递函数模型,并利用多项式拟合的方法建立发动机LPV模型.根据所提出的定理构造出SOS规划问题,并求解得出LPV/PI控制器.最终以某型双轴涡扇发动机为被控对象,在包线内不同点进行了阶跃仿真,结果表明:高压转子转速控制系统的稳态误差为0,调节时间小于3s.