交流励磁发电机励磁控制系统实验研究

基于定子电压定向的交流励磁发电机解耦励磁控制策略,采用具有优良输入、输出特性的双PWM变换器,采用高速数字信号处理器TMS320F2812设计实现了交流励磁发电机励磁控制系统。其转子侧变换器采用功率、电流的双闭环解耦励磁控制策略,网侧变换器采用电压、电流的双闭环控制策略。控制系统可实现交流励磁发电机有功、无功功率的解耦控制以及交流励磁变速恒频发电运行,实验结果验证了控制系统的可行性。     

基于矩阵变换器双馈风力发电系统矢量解耦控制

本文结合矩阵变换器、双馈感应电机(DFIG)风力发电系统的优点,导出了双馈电机风力发电系统在同步旋转dq坐标轴下的矢量控制数学模型;针对常规矢量控制中存在电流耦合情况,设计一种新型、简易的电流前馈解耦控制方案.在此基础上,建立基于矩阵变换器交流励磁磁场定向电流解耦矢量控制策略.MATLAB仿真结果表明,当有功、无功功率变化时,电流解耦控制具有良好动态性能.本文设计了11kW风力发电试验装置并进行离、并网实验,当双馈电机处于亚同步、超同步状态时,双馈电机定子电压和频率均能保持稳定,实现变速恒频运行.实验结果表明,基于矩阵变换器交流励磁双馈风力发电系统是可行的,并具有一定的实用价值.     

双馈风力发电整体仿真控制系统的研究

基于矢量控制的双馈电机控制理论,采用AC/DC/AC双脉宽调制(PWM)变换器结构,搭建了双馈风力发电系统整体仿真模型。网侧变换器采用解耦控制器的电压定向控制方式,转子侧变换器采用定子磁链定向控制方式。该模型能对定、转子与电网间能量的传送,定、转子侧控制策略及风能的最大利用进行动态仿真。并将该模型进行了仿真实验,验证了该控制策略对系统无功调节能力及其对直流母线电压校稳情况,在风速变动情况下实现了系统有功、无功功率的解耦控制和具有最大功率点跟踪(MPPT)的发电机转速控制。仿真和实验结果验证了该控制系统的可行性和优越性。     

双馈风机联合储能系统的孤岛供电控制策略

提出在传统双馈风机背靠背变换器直流侧加上储能单元,并通过改变负载侧变换器容量扩展储能单元平抑功率波动的能力,设计了一种可孤岛运行的双馈风机系统。该系统转子侧变换器采用功率解耦控制策略,实现最大功率跟踪。负载侧变换器采用恒压恒频控制策略,实现孤岛系统的恒压恒频。切换并网模式时采用频率扰动相角同步控制策略,实现孤岛系统与电网相角快速同步。搭建Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果表明,该控制策略能够实现风机孤岛系统的稳定运行和并网切换时相角的快速同步。     

三相并网DC/AC变换器控制策略研究

并网变换器拓扑结构和控制方法的选择和设计对并网效率、谐波含量、并网质量等产生重要影响,直接影响并网系统的安全性和可靠性。提出基于前馈解耦的电压电流双闭环三相并网变换器控制策略,使输出电压能够快速跟踪额定输出电压,达到所需要输出电压的标准,提高输出电压响应速度,并实现无静差。通过建立三相并网变换器在dq轴坐标系下的数学模型,引入前馈解耦控制,建立电压控制器和电流控制器的输出解耦数学模型,并分析前馈解耦控制的原理,采用电压、电流双闭环实现系统的控制。电压调节器的输出作为有功电流的给定值,电流调节器用来独立调节系统的有功、无功电流,使系统的有功、无功电流实时跟踪指令电流值。利用MATLAB/Simulink搭建三相并网变换器控制模型,分析开关的脉冲信号、LC滤波前后电压、电流和谐波等,验证了所提控制方式的正确性和有效性。     

变速恒频双馈风力发电机励磁电源控制技术

基于变速恒频双馈式风力发电机定子磁链定向控制理论,提出了交流励磁电源的控制方案.控制结构采用双PWM变换器结构,变换器的控制采用了基于矢量控制技术的解耦控制策略,并在实验室完成了最终的亚同步、超同步运行实验,以及在模拟风速变化的情况下系统的有功、无功解耦控制实验.实验结果验证了该方案的可行性.     

双馈变速恒频风力发电机并网控制仿真研究

文章分析了双馈变速恒频发电机的数学模型,并对其并网运行控制策略进行研究。双馈电机使用双PWM变换器为转子侧提供励磁。网侧变换器主要功能是实现单位功率因数控制和稳定直流侧电压,转子侧变换器主要功能是实现风能最大追踪和功率的解耦控制。此外在运行期间风速过大时采用桨距角控制减小原动机出力。最后在Matlab/simulink软件中搭建了风力发电系统仿真模型,通过仿真结果验证了控制策略的可行性。     

绕线式异步电机双馈调速系统控制分析

将SVPWM控制技术应用到双馈电机调速控制系统,转子回路采用双PWM变换器控制,实现了绕线异步电机功率因数高、谐波污染小等高性能的调速指标。首先推导了网侧PWM变换器的数学模型,设计出基于电网电压定向的电压、电流双闭环控制策略;其次推导了绕线异步电机双馈运行时的数学模型,提出了基于定子电压定向的转速、电流双闭环转子侧PWM变换器的控制策略;最后搭建了基于英飞凌XC2785X的双馈调速系统实验平台,实验结果验证了控制策略的可行性和有效性。     

基于无速度传感器直驱风力发电运行控制研究

从永磁同步电机(PMSG)数学模型出发,采用双向PWM变换器结构,完成了新型无速度传感器直驱永磁同步风力发电机组的控制系统.根据PMSG的特性,机侧采用转子磁链定向的矢量变换控制技术,其网侧变换器采用电压电流双闭环控制策略.实验结果表明该控制策略能实现对PMSG的有功和无功电流的独立控制,充分验证了所提方案的可行性.     

并网双馈发电机电网电压定向励磁控制的研究

在分析并网双馈发电机传统矢量控制策略的基础上，提出了一种基于电网电压定向的励磁控制策略。该控制策略仅需要定子侧电流、电网电压和转子位置角信号，避免了矢量控制系统中对定、转子量测量精度、实时性和一致性的严格要求，使控制系统得到了简化。利用该文提出的控制策略对双馈发电机有功、无功和转速稳态调节特性及机端三相对地突然短路的过渡过程进行了仿真研究，结果表明该控制策略能实现双馈发电机有功、无功和转速的解耦控制及短路故障切除后其有功、无功和转速都能回到原来的设定值稳定运行。     

Double-fed induction generator control for variable speed wind power generation

Vector control of a doubly fed induction generator drive for variable speed wind power generation is described. A wound rotor induction machine with back-to-back three phase power converter bridges between its rotor and the grid forms the electrical system. The control scheme uses stator flux-oriented control for the rotor side converter bridge control and grid voltage vector control for the grid side converter bridge. A complete simulation model is developed for the control of the active and reactive powers of the doubly fed generator under variable speed operation. Several studies are performed to test its operation under different wind conditions. A laboratory test setup consisting of a wound rotor induction machine driven by a variable speed dc motor is used to validate the software simulations.     

永磁直驱风电机组故障穿越优化控制策略研究

永磁同步发电机构成的直驱型变速恒频风力发电系统通过全功率变流器与电网连接,当电网发生严重故障时,不仅对HVDC设备造成损害,甚至可能影响风力发电系统的整体安全稳定运行。对系统故障期间直流电压失稳的机理进行了分析,基于永磁同步发电机转子的惯性储能特性以及网侧换流器的无功补偿能力,提出一种适用于提高永磁直驱风电机组故障穿越能力的优化控制策略。在网侧故障期间通过分段式转速控制调整风机侧输入的有功并对网侧无功进行补偿,减小了中间直流系统注入的不平衡功率,抑制了故障期间直流电压的骤升。应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立单机系统模型,仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。     

变桨距型双馈风电机组并网控制及建模仿真

变桨距型双馈风电机组在并网过程中，转子励磁控制虽然具有良好的定子电压调节效果，但是对转子转速缺乏控制。针对该问题提出了结合变桨距系统调整转子转速，共同完成并网的方案。由于双馈发电机并网前后的控制策略不同，分析了控制系统间无扰切换的方法。采用分开建模、分时仿真的思路建立了风电机组模型，实现了风机并网全过程仿真，研究结果证明了本文所提方案的有效性。     

基于PSCAD/EMTDC的双馈式风力发电机建模与仿真分析

在交流励磁双馈发电机的数学模型基础上,详细分析了交流励磁双馈发电系统在PSCAD/EMTDC软件环境下的建模方法,包括风力机模型、网侧换流器模型、机侧换流器模型及其控制系统模型.搭建了双馈式变速恒频风力发电系统的电磁暂态模型,并对双馈风力发电机组整体模型进行了联调仿真分析,实现了最大风能捕获,有功功率和无功功率的解耦控制以及变速恒频运行的控制目标.     

Modeling, simulation and control of wind turbine driven doubly-fed induction generator with matrix converter on the rotor side

In this paper, a wind energy conversion system, which consists of a variable speed wind turbine with doubly-fed induction generator (DFIG) fed by a matrix converter is considered. The stator of the wind turbine driven generator is directly connected to the grid, while the rotor is connected via slip-rings to the output of a matrix converter. The matrix converter is supplied from the grid and replaces the conventional two back-to-back converters used for the control of a DFIG. Modeling of the energy conversion system considers super-synchronous and sub-synchronous operating conditions, which are achieved by means of the matrix converter. In order to decouple the active and reactive power, stator field oriented control is applied. Speed mode control is adopted for maximum wind energy extraction, provided that the wind speed and pitch angle of the turbine are known for each sampling period. Consequently, a 2-D lookup table calculating the reference speed by means of interpolation/extrapolation is introduced. Reactive power control is performed so that the stator reactive power is kept to zero. Promising simulation results demonstrating the control performance of the wind energy conversion system are presented.     

变速恒频风力发电机组励磁变频器的研究

研制了一套基于TMS320LF2407A和TMS320VC33双DSP的风力发电系统。在分析了该系统控制方法的基础上，建立了交直交变频器网侧电压定向以及转子侧定子磁场定向的矢量控制系统模型。对系统的变速恒频控制、并网控制技术进行了实验研究，结果表明，该系统能够在发电机允许的速度范围内实现软并网，输入输出有功、无功功率可以独立调节，适合于兆瓦级风力发电系统。     

兆瓦级风电机组电动变桨距系统测试平台设计

大型变速恒频风力发电机组通常采用变桨距控制技术,使风电机组在额定风速以上输出平稳的功率,从而保证机组安全.电动变桨距系统因其结构简单,易于施加各种控制,可靠性高,在变桨距风力发电机组中得到了广泛应用.文中在分析兆瓦级风力发电机组电动变桨距系统工作原理的基础上,选择了永磁同步电机(PMSM)作为电动变桨距系统的执行电机,完成了兆瓦级风电机组电动变桨距系统及其测试平台构建方案的设计.测试平台的建设为兆瓦级风电机组电动变桨距系统的性能和可靠性测试提供了一个有效的途径.     

低电压期间转换电流控制方式的DFIG系统特性仿真分析

双馈感应发电机具有较强的无功能力,既可以发出无功,也可以吸收无功。目前一些文献提出的风电场的电压控制策略主要是在建立在有功优先基础之上,有功优先受最大风能跟踪的影响在低电压故障期间向电网提供的无功量可能为零,不能对电网提供足够可靠的无功支撑。用网侧变流器和定子侧无功同时进行电压控制的策略在相关文献中已有详细论述,文章在此基础上,将机侧变流器在低电压故障期间转换为无功电流优先。仿真结果证明了无功电流优先与有功优先相比对稳定机侧电压有一定的优越性,进一步分析了低电压故障期间,无功电流优先对转速、桨距等机组参数的影响。     

双馈感应发电机空载并网的高阶滑模控制策略

围绕双馈感应发电机(DFIG)空载并网问题,将基于矢量控制的电网电压定向技术应用于双馈风力发电的并网发电上,提出一种基于电网电压定向的高阶滑模控制的空载并网控制策略。从分析DFIG的运行特性入手,研究了空载并网控制原理,基于DFIG的空载数学模型,提出了具有鲁棒性的高阶滑模空载并网控制器。对DFIG并网前后的整个过程进行了仿真研究,仿真结果表明,所提出的策略是一种较理想的空载并网方式。     

直驱永磁同步风力发电机的最佳风能跟踪控制

与双馈交流励磁风力发电系统相比，直驱永磁同步风力发电系统具有结构简单、发电效率及运行可靠性高等优点。文章采用双脉宽调制(pulse-width modulation，PWM)变换器作为直驱永磁同步发电机的并网电路，根据风力机和发电机的运行特性提出了一种基于最佳功率给定的发电机最大风能跟踪控制策略。建立了基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电实验系统，实验结果验证了所提出控制策略的正确性。该发电系统可实现最大风能跟踪控制、并网有功和无功功率独立控制以及变速恒频发电运行。