变结构控制策略在直驱永磁同步风力发电机中的应用

根据直驱永磁同步风力发电机的结构特点,采用双脉宽调制变流器作为其并网主电路.考虑到永磁同步发电机的数学模型在dq坐标系下是一个非线性耦合系统,不利于控制器的设计.提出了采用逆系统方法将原系统进行线性化解耦,构造出其伪线性系统模型,再运用变结构控制理论设计伪线性系统的闭环控制器.建立了基于此控制策略的仿真模型并与PI控制进行比较.仿真结果表明,该控制策略可实现发电机输出有功功率的准确控制、并网有功功率和无功功率独立调节以及变速恒频运行.变结构控制与PI控制相比,动态响应速度快、鲁棒性好.     

一种直驱永磁风力发电机机侧变流器矢量控制改进方法研究

由于直驱永磁风力发电机机侧变流器控制系统中存在比例积分环节以及空间矢量脉宽调制的输出环节,致使系统存在积分饱和的问题。针对这一问题,在反馈抑制抗饱和积分PI控制器的基础上,提出了一种改进的方法,不但将控制量超出其限定范围的偏差值反馈送入积分器,而且送入参考信号节点。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建仿真模型对提出的方法进行仿真。仿真结果表明改进的反馈抑制抗饱和PI控制器能够很好的解决矢量控制中永磁同步电机转子速度响应慢、超调量大的问题。     

永磁直驱风力发电机滑模变结构直接功率控制

对永磁直驱风力发电机变流器脉宽调制策略及机侧控制模式进行了分析。提出滑模变结构永磁直驱风力发电机直接功率控制,结合风能最大功率跟踪控制策略定叶尖速比法和机组恒定气隙磁链控制设计滑模变结构直接功率控制器,其机侧脉宽调制开关频率恒定、无需同步旋转坐标变换及机端电压相位信息,能有效减小机侧变流器容量且控制结构简单,动态性能优良。仿真研究验证了所提理论分析方法和控制策略的正确性和有效性。     

专利快讯

正专利名称:一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机专利申请号:CN201520978798.7公开号:CN205377308U申请日:2015.12.01公开日:2016.07.06申请人:广西电网有限责任公司电力科学研究院本实用新型提供一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机,其特征在于,永磁直驱同步风力发电机包括风力机、永磁发电机、电机侧变流器、直流电容、电网侧变流器、变压器及控制系统,所述风力机与所述永磁直驱同步发电机的转子相连,所述永磁直驱同步发电机的     

基于变桨距和转矩动态控制的 直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制

风能的不确定性以及风轮机自身特性使风力发电机输出有功功率随风速变化而波动,影响风电机组输出电能质量,严重时还会影响电网运行稳定性。在分析变桨变速直驱永磁同步风力发电机运行特性的基础上,提出了在全风速范围内结合风力机变桨控制和发电机变速控制的发电机有功功率平滑控制策略。考虑到风能的随机性及直驱风能发电系统很强的非线性,设计了基于模糊理论的变桨距控制器和发电机转矩动态滑模控制器。对一台采用该控制策略的直驱永磁同步风力发电机的运行行为进行仿真研究。结果表明,提出的模糊变桨距控制能有效控制发电机转速运行范围,动态滑模控制能使发电机输出平滑的有功功率。与传统最大风能跟踪控制策略相比,所提出的控制方案能有效降低直驱永磁同步风力发电机输出有功功率的波动,控制发电机转速运行范围。     

基于变流器控制策略的直驱永磁风力发电机优化设计

直驱永磁风力发电机通过一个背靠背全功率变流器与电网相连,因此传统基于电网电压的直接并网同步发电机设计与分析模型不再适用于直驱永磁风力发电机。本文提出了一种新的直驱永磁风力发电机的设计分析模型,该模型综合考虑了变流器电流矢量控制策略对发电机特性和性能的影响,能更准确地反映直驱永磁风力发电机的实际运行状况。基于该模型,运用遗传算法对1.5MW、3MW、5MW、7MW和10MW五种功率等级的永磁直驱风力发电机进行了以材料成本最低为目标的优化设计,设计结果表明电机的重量和成本都得到了下降。最后运用有限元方法,对10MW永磁直驱风力发电机进行了空载、负载的性能仿真分析,仿真结果验证了本文提出的设计模型和优化设计方法的正确性。     

直驱永磁同步风力发电机侧系统建模及仿真

为深入研究直驱永磁同步风力发电机组的高性能控制,研究了直驱永磁同步发电机侧系统构成、原理及建模方法,分析了风力机与永磁同步发电机、电压空间矢量(SVPWM)整流原理及其建模,基于双闭环PI控制搭建了机侧系统仿真模型。通过仿真与分析,证明了双闭环PI控制策略在4种不同风速下实现最大功率追踪的可行性。该系统模型的建立为机组高性能控制的研究打下基础,对于深入理解直驱永磁同步风力发电系统运行原理及推广应用具有重要意义。     

永磁直驱风电变流器控制策略及仿真研究

根据矢量控制原理提出了机侧和网侧PWM变流器的控制策略,分析了永磁直驱风电系统双PWM变流器的电路结构及其工作原理,建立了永磁直驱风电系统中包括风力机、传动系统、永磁同步发电机、双PWM变流器等各部分的数学模型;在MATLAB/SIMULINK仿真环境中建立了永磁直驱风电系统的仿真模型并进行了动态仿真。仿真结果表明:采用双PWM变流器的永磁直驱风电系统具有优良的动、静态性能,可以良好的控制永磁同步发电机,最终输入电网的电压、电流波形接近正弦且谐波含量小。验证了系统仿真模型的正确性和所提出双PWM变流器控制策略的有效性。     

直驱永磁同步风力发电机的控制器设计

推导出了永磁同步发电机在dq坐标系下的数学模型。根据直驱永磁同步风力发电机的结构特点,将滑模变结构控制理论应用于直驱永磁同步风力发电机中,设计出了速度环的变结构控制器,实现了发电系统的最大风能跟踪控制。最后,建立了基于Matlab的仿真模型并进行了仿真分析,仿真结果表明所设计的控制器具有良好的控制性能和鲁棒性。     

提高直驱永磁风机低电压穿越能力的功率协调控制方法

在分析直驱永磁同步风力发电机低电压穿越问题产生机理的基础上,提出了一种适用于直驱风机的新型功率协调控制方法。该方法综合使用改进的双侧变流器和桨距角控制手段,低压暂态时,利用变流器直流母线电容充电储能配合风机转子变速储能承担风机产生的不平衡能量,减弱机组机械轴系所受的冲击作用;使用变桨系统减少风机捕获的风能,减轻机组低电压穿越的负担;通过网侧变流器向电网提供动态无功功率,减小网侧电压的跌落幅度;同时在双侧变流器的控制器中增加协调限流控制环节,用以保证风机有功无功控制目标的有效实现。文中所述方法不附加任何硬件,充分使用直驱风机自身可用的控制手段,能够有效提高直驱风机在全风域范围内的低电压穿越能力。最后,使用DIgSILENT/Power Factory搭建仿真实例,验证了所述方法的实用性和有效性。     

基于H-MMC的直驱式永磁同步风力发电系统的运行与控制

提出了一种基于六边形模块化多电平交交变流器(H-MMC)的直驱式永磁同步风力发电系统,可以将三相风力发电机通过一级交交变换后直接并入三相交流电网,具有功率损耗低、变流器电容电压纹波小、无升压变压器并网的优点。详细分析了该系统的功率特性及变流器子模块电容电压波动的情况,提出了基于环流控制的电容电压平衡控制和基于双比例谐振控制器的电流跟踪控制,最终实现了风力发电机最大功率点跟踪下系统的稳定运行。MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB硬件在环实验结果验证了基于H-MMC的风电系统具有良好的稳态运行特性和动态响应特性。     

基于STATCOM的超级电容储能系统的风电并网

为了提高电网的电能质量,探讨了一种与永磁同步发电机(PMSG)相连接的电网控制和运行策略。该电机以直驱变速风电机组和静止同步补偿器(STATCOM)为基础,STATCOM的应用是通过风力涡轮机的不脱网运转能力来提高了系统性能,发电机侧变换器的控制策略是应用STATCOM控制器实现传输效率最大化。通过Matlab对其进行了仿真验证。仿真结果表明,带有STATCOM的超级电容器能量存储系统能够提高风能系统电网故障或扰动时的稳态和动态性能。     

风电机组变流器电流谐波水平案例分析

直驱机组全功率变流器的使用,一定程度上影响了机组馈入电网的电能质量。针对两类1.5MW直驱并网风力发电机组,从整机角度上描述了机组配置,比较了I型变流器、II型变流器的拓扑结构与控制原理。依据IEC标准检测方法,通过现场实测,对比研究了这两类机组电流谐波、间谐波、高频分量的释放水平及特征。结果表明,变流I型、变流II型机组电流谐波释放水平均符合并网要求,变流I型机组电流谐波水平2.52%低于变流II型机组3.44%。     

基于二阶线性自抗扰的风电并网逆变器电压控制

为了提高直驱永磁风电并网逆变器直流侧电压的稳定,设计了一种二阶线性自抗扰(LADRC)的并网逆变器电压控制器。建立了三相PWM电压源型并网逆变器的数学模型,分析了其传统的双闭环PI控制方式,在此基础上设计了二阶LADRC控制器来代替传统的电压外环PI控制器,目的是使直流侧电压快速稳定,减小波动。分析了电压外环二阶LADRC控制器的设计原理,最后通过在Matlab/Simulink搭建1.5 MW直驱永磁风力发电机组仿真验证所设计控制器的有效性。结果表明,相对于传统的控制方式,所设计的二阶LADRC控制器电压的稳定速度更快,并网电流的总谐波畸变率(THD)更小。即使在电网电压发生扰动时,也能有一个良好的控制性能,提高了直流侧电压的抗干扰能力。     

直驱风电场经交流并网系统dq阻抗模型及稳定性分析

为研究直驱式风电场经交流并网系统中,由变流器控制器与电网互相作用而引发新的次同步振荡问题,综合考虑变流器内部控制动态特性、交流动态响应和功率传输特性,推导了直驱风电机组经交流并网系统dq等效阻抗模型。结合系统阻抗行列式稳定判据,分析了直驱风电机组网侧变流器内部控制参数变化对次同步振荡的影响。研究表明,随着网侧变流器中内、外环的PI控制参数（Kp、Ki）的减小,发生振荡失稳的风险增加,系统稳定性下降。最后,通过PSCAD/EMTDC环境下时域仿真验证了模型与理论分析的正确性。     

直驱永磁风电机组的小干扰稳定性分析研究

在直驱永磁风电机组的数学模型基础上,推导了简单风电系统的小干扰稳定分析模型,利用特征值法分析了简单风电系统的小干扰稳定性、系统的振荡模态以及系统的阻尼特性。最后在Matlab／Simulink仿真平台上搭建了简单风电系统的模型,通过仿真对特征值分析法进行验证。分析表明本文的直驱永磁风电系统是小干扰稳定的。     

全功率直驱永磁风力发电机组试验台的研究

直驱型风力发电机组性能优越、运行可靠、维护简便.对采用的低速永磁电机矢量控制调速系统模拟直驱型风机的风轮运行特性进行了理论分析,提出大功率永磁同步发电机组交流传动系统仿真实际直驱永磁风力发电机组的技术方案,并设计和建立全功率直驱永磁风力发电机组的电气试验台.在试验台上对2 MW直驱永磁风力发电机组的电气系统进行了风机功率输出特性和模拟风况的运行性能的试验.     

直驱风机低电压穿越控制技术研究及实测验证

随着风电大规模接入电网,新的并网规范要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力.针对直驱式风电机组,采用直流母线卸荷电阻限制电压跌落时变流器直流环节产生的过电压,并通过改进电流控制策略抑制变流器过电流,从而实现永磁同步发电机风电机组的低电压穿越运行.在网侧变流器数学模型的基础上进行了卸荷电阻的优化设计,提出了电网电压跌落故障时网侧变流器的改进电流控制策略,最后在1.5 MW级永磁同步发电机风电机组上进行现场低电压穿越能力测试,实测验证了所提出方法的正确性.     

改进直接转矩控制在海上风力机模拟中的应用

分析了用于海上永磁直驱同步发电机的风力机模型及其运行特性,采用基于全阶自适应定子磁链观测器和定子电阻在线辨识的改进直接转矩控制技术,实现异步电机模拟风力机输出特性.仿真结果表明,改进直接转矩控制改善了传统直接转矩控制在低速范围内具有较大电流和转矩脉动的缺点,更加适用于低转速的海上永磁直驱同步发电机.     

基于MDPSO的永磁直驱风力发电机参数辨识

针对永磁直驱风力发电机的多参数辨识问题以及传统参数辨识方法的收敛精度差、收敛速度慢等问题,提出了引入平均最优位置变量的自适应空间搜索向量的改进粒子群算法(MDPSO),对永磁直驱风力发电机参数辨识。根据永磁直驱风力发电机定子电压电流模型,进行pade近似并降阶处理后进行离散化,建立直驱风力发电机辨识模型;引入自适应空间搜索向量和平均最优位置变量改进粒子群算法;应用提出的MDPSO辨识直驱风力发电机定子绕组的电阻、电感和磁链等参数。算例仿真结果表明,提出的辨识算法具有精度高、计算速度快、稳定性高等特点,从而验证了建立的直驱风力发电机辨识模型及辨识算法的有效性。