宽风速运行的定子双绕组感应电机风力发电系统励磁电容的优化方案

将控制侧静态励磁控制器(SEC)的直流母线端和功率侧整流桥的输出端通过功率二极管并接起来,可使定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统在宽风速范围内输出恒定的高压直流。鉴于新拓扑和新系统控制策略的特殊性,本文详细分析了系统在高低风速两种运行状态下的控制绕组电流变化规律,并在此基础上以SEC容量最小为目标,研究了新系统的励磁电容优化方案。方案运用Simulink仿真得到励磁电容变化对控制绕组电流的影响,并依据仿真结果运用循环计算和实验验证相结合的方法,最终得到最优的励磁电容值及最佳的切换转速。实验结果证明了该优化方案的正确性和有效性,新系统在保持SEC容量为电机额定功率1/3的情况下实现了宽风速运行,充分利用了低风速下的风能。     

基于无源性理论的双馈风力发电机双PWM变换器协调控制

交流励磁双馈风力发电系统在实现最大风能跟踪过程中,转子侧功率变化频繁,使得双PWM变换器中的直流母线电压波动剧烈.基于无源性理论提出了一种双PWM变换器的协调控制方案,对双PWM变换器的转子侧和电网侧分别进行直接功率控制,使其具有相同的动态响应特性;在电容电压反馈控制的基础上引入功率前馈控制,使电容两侧功率流动动态平衡,以减少电容电压的波动.建立了双PWM变换器励磁的双馈风力发电系统的仿真模型,仿真结果表明该协调控制策略极大地改善了直流母线电压的动态特性,实现了最大风能跟踪,并且降低了变换器中电容容量要求,提高了风电系统的电能质量.     

基于无源性理论的双馈风力发电机双PWM变换器协调控制

交流励磁双馈风力发电系统在实现最大风能跟踪过程中,转子侧功率变化频繁,使得双PWM变换器中的直流母线电压波动剧烈。基于无源性理论提出了一种双PWM变换器的协调控制方案,对双PWM变换器的转子侧和电网侧分别进行直接功率控制,使其具有相同的动态响应特性;在电容电压反馈控制的基础上引入功率前馈控制,使电容两侧功率流动动态平衡,以减少电容电压的波动。建立了双PWM变换器励磁的双馈风力发电系统的仿真模型,仿真结果表明该协调控制策略极大地改善了直流母线电压的动态特性,实现了最大风能跟踪,并且降低了变换器中电容容量要求,提高了风电系统的电能质量。     

定子双绕组感应电机风力发电系统的低电压穿越特性分析

通过发电机控制绕组侧的励磁变换器灵活调节系统所需的励磁无功功率,定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统可在宽风速范围内输出稳定的高压直流,无需增加升压变换器即可并网运行,并且系统的控制策略有助于提高系统对电压跌落等故障的穿越能力。文中通过构建并网型DWIG风力发电系统的Simulink仿真模型,对系统运行在各种功率因数状态下的跌落特性及跌落期间对电网的无功功率支持进行全面仿真。结果证明,无需增加额外的卸载单元,DWIG风力发电系统即可实现较强的低电压穿越能力,在不同功率因数下均能稳定安全运行,且能在电压跌落故障期间提供一定的无功功率支持。     

基于预测控制的三电平风力发电系统研究

提出一种由二极管整流器、升压变换器以及中点钳位逆变器组成的新型功率变换拓扑。该拓扑用于永磁同步风力发电系统。发电侧升压变换器实现最大功率跟踪和稳定直流侧电压。网侧中点钳位型逆变器平衡直流侧电容电压和向电网输送功率。提出一种模型预测实现系统的完整控制,该预测控制采用2个独立的价值函数,通过价值函数最小化实现机侧和网侧分开控制。仿真和实验验证了所提方法的正确性。     

宽变速双绕组感应发电系统励磁控制的研究

在新型双绕组感应发电系统中,通过选取功率绕组的励磁电容,可以实现控制绕组励磁变换器容量的最小化。采用了控制绕组定子磁场的定向控制策略,对1:2.5宽变速范围内,空载和额定负载下的运行规律进行了仿真研究,给出了系统电路参数的计算方法。结果证明,该系统在宽变速运行范围内具有较好的电压控制性能,并可以用小容量的变换器有效控制大容量的电能输出。     

基于定子磁链定向的双馈风力发电解耦控制研究

首先介绍了变速恒频双馈风力发电系统的特点,构建了实际风速的数学模型,研究了基于定子磁链定向的变速恒频双馈风力发电机转子侧变换器的控制,最后仿真实现了双馈电机有功功率和无功功率的独立解耦控制,并在发电机定子侧输出单位功率因数的情况下,调节直流母线电压快速达到了给定参考值,维持了直流母线电压的稳定。     

双电压合成的无刷双馈风力发电系统矩阵变换器励磁控制

为实现双馈型风力发电系统的变速恒频运行控制,构建了能量能够双向流通的励磁装置。矩阵变换器(MC)输出电压的频率、幅值、网侧功率因数可控,通过调节矩阵变换器输出电压频率,改变无刷双馈风力发电机控制绕组的电压频率,从而保证功率绕组输出电功率的频率稳定为工频。矩阵变换器采用双电压合成控制策略,控制电机的转速和功率因数;数字信号处理器应用双电压控制算法、复杂可编程逻辑器件实现4步换流方法,为矩阵变换器的双向开关提供PWM驱动控制信号。基于MatlabR2007a平台构建了MC励磁控制的无刷双馈变速恒频风力发电系统模型,通过实验室搭建的一套实际无刷双馈风力发电机组实验平台进行了相关实验,仿真和实验结果保持了较好的一致性,验证了控制方案的有效性,同时为矩阵式变换器的实际应用提供了理论和实验基础。     

风力发电系统中两电平与三电平变换器研究

介绍了变速恒频风力发电系统结构以及变换器在变速恒频风力发电系统机侧和网侧的控制模型.分析比较了二极管箝位型三电平拓扑与传统两电平拓扑变换器的损耗,包括功率开关器件导通损耗、开关损耗以及滤波电感的损耗.分析比较了两种变换器输出仿真波形.对两种变换器分别用于变速恒频风力发电系统中机侧和网侧的仿真波形进行分析比较.仿真结果表明,在变速恒频风力发电系统中,相对于传统的两电平变换器,三电平变换器有效降低了损耗,减小了纹波电流,输出电平增多,减小了电压变化,使波形质量得到了很好的改善,适用于变速恒频双馈风力发电系统.     

光伏中压直流变换器串联系统控制策略研究

针对光伏中压直流变换器串联系统中光伏发电单元功率失配导致的变换器输出过电压及功率损失问题,分析了光伏直流变换器串联系统运行特性,推导了限电压控制下串联系统光伏功率损失与光伏发电单元功率不均衡度及变换器输出电压限幅值之间的关系;提出了改进型Boost全桥隔离功率模块拓扑及其调制策略,基于功率模块输入并联输出串联形成模块级联型直流变换器,通过占空比灵活调节,实现直流变换器宽输出电压范围运行,解决直流变换器调压能力不足导致的功率损失问题;针对光伏直流变换器串联系统复杂运行工况,提出了串联系统直流变换器自适应电压分段式控制策略,实现了串联系统直流变换器多模式自适应稳定运行。研制了3kV/80kW功率模块及20kV/500kW光伏中压直流变换器,基于3台直流变换器输出串联实现了光伏中压直流变换器串联升压并网系统实证应用,现场实验结果验证了所提直流变换器拓扑方案的可行性与控制策略的有效性。     

带整流桥负载的定子双绕组感应发电机系统宽转速运行时的稳态特性

针对带整流桥负载的定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator, DWIG)系统在宽转速范围内运行时的稳态运行特性进行了研究。建立了带电容滤波的整流桥负载的DWIG系统数学模型,指出整流桥负载是具有容性的非线性负载,提出了采用数学仿真的方法进行励磁电容的选取以降低变换器容量。采用控制绕组端电压定向的控制策略,对一台18 kW、270 V带整流桥负载的DWIG系统在变速时稳态规律进行了仿真和实验研究,结果表明发电机系统能够在4 000~8 000 r/min宽转速范围内稳定运行,控制绕组最大功率为功率绕组额定输出功率的37%,控制绕组电流的最大有效值为功率绕组电流额定值的21%,与输出功率比较,实现了大幅度降低控制侧变换器容量的目的。     

VSC-HVDC系统风力发电结构分析与控制

针对基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC),提出了基于永磁同步风力发电机、不控整流和Boost电路的变速直流风力发电系统结构。首先给出先并后串的新型风电场结构;然后建立最小串联系统的简化模型,用一种基于直流电压电流乘积控制的最大风能跟踪控制算法解析出输出电压和输出功率的关系。仿真结果表明：最小串联系统中的2个机组可以互不影响地独立运行,输出电压按照输出功率的变化而变化,同时2个机组均具有较好的最大风能跟踪精度和速度。     

基于柔性直流输电技术的风电场暂态稳定性

研究了风电场分别通过电压源型高压直流输电（VSC-HVDC）和交流输电（HVAC）2种方式并网的问题;基于dq同步旋转轴变换的VSC-HVDC的数学模型,设计了两端换流站的控制策略;在电力仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了风电场的2种（AC、DC）并网接入方式模型,针对受端换流站交流母线短路故障工况进行了仿真验证,分析了风电场母线电压、输出功率、风力机转速以及风电场当地负荷的功率等电气量响应情况。结果表明：在故障扰动情况下,VSC-HVDC对提高风电场当地负荷用电可靠性、风电场母线电压、抑制风电机组输出功率波动以及避免风电机组转矩不平衡引起的发电机超速效果最佳,设计的控制方案有效可行。     

变速运行的定子双绕组感应电机发电系统控制技术研究

针对宽转速运行的定子双绕组感应电机(dual stator winding induction generator,DWIG)发电系统的电压控制机理进行研究。基于瞬时功率理论,推导出按控制绕组磁场定向时控制绕组的瞬时功率,在此基础上分析了带整流桥负载的定子双绕组感应电机发电系统在宽转速运行时的电压调节机理,即：控制绕组电流在控制绕组磁场及其法线上的分量,分别决定着发电系统功率绕组整流桥直流侧电压和控制绕组静止励磁控制器(static excitation controller,SEC)直流侧电压,据此提出宽转速运行时DWIG发电系统电压控制策略。对一台18 kW定子双绕组感应电机发电系统进行了仿真和实验研究,证明了理论分析和控制策略的有效性。     

风力发电机无速度传感器网侧功率直接控制

采用不可控整流和可控逆变的交直交结构作为直驱式永磁同步风力发电机的并网电路。从发电机转速、功率和直流母线电压之间的相互关系出发，提出利用直流母线电压进行转速观测实现无速度传感器。根据风力机特性和并网电路的功率模型，提出网侧功率直接控制实现最大风能跟踪。实现了有功／无功功率的解耦控制，并给出有功／无功的参考值选取范围。最后采用电流滞环方法进行逆变器控制。仿真结果验证了所提出的控制策略简单有效、具有良好的稳态精度和动态性能。     

直驱式风力发电系统最大风能追踪策略研究

充分利用风能是风力发电控制的主要目的之一,为达此目的,基于原有的直驱式风力发电系统电路拓扑结构,在整流器和逆变器之间加入了Buck-Boost电路,通过控制该电路中开关器件的开断,保证该风力发电系统输出有效电压,从而保证有功功率流向电网或负载,实现风力发电系统的最佳功率系数.基于风力发电机输出功率特性曲线,详细阐述了采用该风力发电系统实现最大风能利用的搜索算法.该算法具有不再需要测风速和电机转速的优点.通过实验验证比较,新系统能实现风能的最大利用.     

永磁直驱风力发电机输出电压控制策略

针对永磁直驱风力发电系统中机侧变换器交流侧与直流侧电压幅值之比不匹配的问题,提出一种永磁同步发电机输出交流电压的控制策略.所提控制策略是基于转子磁链定向下,来分析定子d轴电流分量isd与电机输出电压Us之间的空间矢量关系,通过设定Us的d轴最大分量为Usdmax,来调节isd大小使输出电压与直流侧电压满足比例关系.并在...     

永磁直驱风电系统双PWM变换器前馈补偿控制

永磁直驱风电系统双PWM变换器在常规控制策略下当风速变化时,直流母线电压波动幅度较大、控制系统的响应速度较慢,这将不利于系统的安全、稳定运行。为此,根据瞬时有功功率平衡关系,提出有功功率前馈补偿协调控制策略。将发电机侧瞬时有功功率直接前馈于网侧双闭环瞬时有功功率内环给定,避开了电压控制外环对功率的间接调节,加快了控制系统的响应速度,协调两侧变换器瞬时有功功率及时平衡,有效抑制了直流母线电压的波动。为加强前馈控制对扰动的抵消作用,在前馈控制通道中加入补偿环节,进一步提高前馈控制效果。对比仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性。