永磁直驱风电系统电机侧变流器的研制

使用永磁同步发电机的直驱型风力发电系统目前的发展很快,采用背靠背变流器作为直驱风电系统全功率变流器具有优良的性能,受到了广泛关注。对背靠背全功率变流器中电机侧变流器的工作原理和PMSG的控制策略进行了详细说明,对其稳态和动态性能进行了仿真分析。构建了实验系统,实现了电机侧变流器对发电机的矢量控制,能够方便地实现发电和电动状态运行。仿真和实验结果表明,采用PWM变流器作为永磁直驱风电系统电机侧变流器,可以实现对PMSG的优良控制,并为向电网输送优质的电能提供保证。     

直驱六相风力发电系统无速度传感器研究

采用六相永磁同步发电机(PMSG)结合双变频器并联方案以提高直驱式风电系统(WECS)的机组容量和可靠性.为消除系统因测速码盘带来的故障,采用无速度传感器矢量控制方案.给出基于模型参考自适应系统的永磁电机转速和转子位置估计方法,提出一种将最优叶尖速法与爬山法相结合的风力发电最佳风能捕获方法.采用六相电机矢量控制策略,对风速突变时六相电机的最佳风能追踪过程进行仿真并在此基础上,设计了一套风电变流器控制系统,实验结果表明,该变流器控制系统具有良好的动、静态控制特性,为整个风电控制系统提供了基础.     

永磁直驱风电系统永磁同步发电机单位功率因数控制

使用永磁同步发电机(PMSG)的直驱风电系统目前发展得很快,选择合适的PMSG控制策略对系统性能非常重要.采用单位功率因数(UPF)控制方法对PMSG进行控制,可以降低永磁直驱风电系统变流器的功率等级,节省变流器容量;同时使用高精度增量式编码器对电机转速和相位进行测量.仿真和试验结果证明了UPF控制策略的有效性.     

永磁直驱风电系统永磁同步发电机单位功率因数控制

使用永磁同步发电机（PMSG）的直驱风电系统目前发展得很快,选择合适的PMSG控制策略对系统性能非常重要。采用单位功率因数（UPF）控制方法对PMSG进行控制,可以降低永磁直驱风电系统变流器的功率等级,节省变流器容量;同时使用高精度增量式编码器对电机转速和相位进行测量。仿真和试验结果证明了UPF控制策略的有效性。     

永磁同步发电机无位置传感器直接转矩控制

在介绍永磁同步发电机(PMSG)转矩模型和直接转矩控制(DTC)理论的基础上,将DTC用于直驱式风力发电变流系统PMSG的控制中.详细分析了发电机转子初始位置检测和永磁电机发电状态下DTC的矢量表构造,提出了无位置传感器的DTC方案,并搭建了实验平台加以验证.平台以DSP320LF2812构成核心控制电路,PMSG和功率变流器构成主电路.实验结果证明了所提方案的可行性和有效性.     

基于MRAS的多相永磁直驱型风力发电系统无速度 传感器控制策略研究

对采用多相永磁同步发电机的大功率直驱型变速恒频风力发电系统进行了研究。系统采用六相永磁同步发电机和多重化的AC-DC-AC变换器,以减少每个电机绕组中的电流和每个电力电子变换器中的电流。研究了一种基于模型参考自适应(Model Reference Adaptive System,MRAS)的六相永磁同步发电机无速度传感器控制策略。该策略将永磁同步发电机本身作为参考模型,将发电机的电流模型作为可调模型,设计了自适应律同时辨识永磁同步发电机的转速和转子位置。还研究了基于变步长爬山法的最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制策略,该策略具有动态功率跟踪速度快和稳态时速度平稳的优点。实验结果表明,上述控制策略在负载突变和转速突变时均能准确地检测到发电机的转速和转子位置;在风速变化时能准确地跟踪最大功率。     

基于MRAS的多相永磁直驱型风力发电系统无速度传感器控制策略研究

对采用多相永磁同步发电机的大功率直驱型变速恒频风力发电系统进行了研究。系统采用六相永磁同步发电机和多重化的 AC-DC-AC 变换器,以减少每个电机绕组中的电流和每个电力电子变换器中的电流。研究了一种基于模型参考自适应（Model Reference Adaptive System, MRAS）的六相永磁同步发电机无速度传感器控制策略。该策略将永磁同步发电机本身作为参考模型,将发电机的电流模型作为可调模型,设计了自适应律同时辨识永磁同步发电机的转速和转子位置。还研究了基于变步长爬山法的最大功率跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）控制策略,该策略具有动态功率跟踪速度快和稳态时速度平稳的优点。实验结果表明,上述控制策略在负载突变和转速突变时均能准确地检测到发电机的转速和转子位置;在风速变化时能准确地跟踪最大功率。     

使用无速度传感器的PMSG单位功率因数控制

使用永磁同步发电机(PMSG)的直驱风电系统目前发展很快,PMSG的控制对系统性能非常重要,其中无速度传感器控制也受到了广泛关注。为推进此一技术,采用单位功率因数控制方法控制永磁同步发电机以降低永磁直驱风电系统变流器的功率等级;采用基于锁相环的无速度传感器控制策略对电机转速和相位进行观测。实验结果表明在永磁直驱风电系统中,单位因数控制可以有效降低变流器容量,无速度传感器控制可以替代常规编码器参与控制并获得良好效果,从而证实了所采用的单位因数控制和无速度传感器控制策略的有效性。     

基于变结构模型参考自适应系统的永磁同步电机转速辨识

提出了一种新颖的变结构模型参考自适应观测器,用于永磁电机无速度传感器矢量控制系统的转速辨识。该方法将变结构控制与模型参考自适应系统(model reference adaptive system,MRAS)进行有机的整合,选取永磁电机本身作为参考模型,而选取永磁电机电流模型作为可调模型,利用两模型输出的误差构造了一个滑模面。理论分析和仿真结果表明,所提出的永磁电机无速度传感器矢量控制系统的转速辨识方法具有较强的鲁棒性和令人满意的动静态性能。     

无速度传感器控制永磁直驱风电变流器的研制

常规数字式编码器在风力发电中的应用存在容易受干扰等问题.在分析直驱型变速恒频风电系统背靠背变流器工作原理的基础上,采用锁相环无速度传感器控制策略对永磁同步发电机的速度和相位进行观测,对其工作原理和实现方法进行了分析.建立了永磁直驱风电系统仿真模型和实验样机,并对所提控制策略进行了仿真和实验验证.仿真与实验结果表明,锁相环无速度传感器控制能够准确获取电机转速与角度信息,响应速度快、电流控制效果好,具有较好的稳态与动态性能,经过进一步优化,特别是提高低速段性能后,可以在直驱风电系统中替代常规编码器实现对永磁同步发电机的控制.     

永磁同步发电机的无传感器滑模辨识及控制

针对坐标旋转法永磁同步发电机无速度传感器控制中忽略定子电流微分项带来的估计偏差大等问题,提出基于旋转坐标系的自适应锁相环和滑模辨识方法.采用近似滑模控制对模型电机定子电流进行控制,使发电机和模型电机电流相等,从而获得两电机转子相位差的正弦和余弦分量.建立直驱式永磁同步电机无速度传感器辨识模型和自适应锁相环模型,并利用基于反步法的自适应锁相环进行速度和相位观测,在此基础上利用Lyapunov函数设计法设计控制器.采用近似滑模辨识使模型电机电流快速逼近原电机电流且到近似正弦的控制量,自适应数字锁相环相位收敛快,采用Lyapunov函数设计的控制器能保证系统收敛.仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.     

永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法及稳定性分析

嵌套同时快速求解(nested fast and simultaneous solution, NFSS)算法通过消去电路节点可以显著提高仿真速度。然而,商业仿真软件提供的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)模型无法获取等效电路,限制了该算法在海上风电中的应用。针对上述问题,提出了PMSG电磁暂态(electro-magnetic transient, EMT)等效建模方法,并分析了建模方法的稳定性。首先,将PMSG数学模型离散化,得到用三相受控电流源表示的等效电路及接口方法,给出PMSG的控制模式和等效模型求解流程。并结合实际PMSG参数取值,分析了等效建模方法的稳定性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了PMSG详细模型和等效模型进行仿真精度对比及稳定性验证,结果表明,所提模型及稳定性分析具有较好的正确性,为NFSS算法在海上风电中的应用提供了模型基础,也为发电机参数的选取提供了约束条件。     

Modeling,control and stability analysis of grid connected PMSG based wind turbine assisted with diode rectifier and boost converter

Permanent magnet synchronous generator (PMSG) based wind turbines (WTs) are widely used as grid connected energy sources. Usually, a PMSG based wind energy system is connected to the grid via machine side and grid side converters. From the machine side converter point of view, there are two types of PMSG-based WTs: PMSG with back-to-back voltage source converters, and PMSG assisted with diode rectifier and boost converter. Since most of the research works regarding the PMSG-based WTs are devoted to the former type, this paper deals with the elaborated controller design and stability analysis of the grid connected PMSG based WT assisted with diode bridge rectifier and boost converter. Hence, the linearized average dynamic model of the combined system comprising PMSG, diode rectifier and boost converter is presented. Based on the linearized model, the relation between the PMSG electromagnetic torque and boost converter current is extracted, and then system’s control-loops are developed. Next, small signal stability of the full system comprising PMSG, boost-diode rectifier, dc-link capacitor, GSC, and corresponding controllers is presented and then impact of PMSG speed controller on the stability of the system is examined theoretically and by time domain simulations.     

基于位置观测的直驱系统无速度传感器技术

针对兆瓦级永磁同步直驱系统中电机的特点,采用一种基于状态观测器和锁相环模型相结合的无速度传感器控制技术。该技术通过电机数学模型,建立定子电流的状态方程,并构建基于定子电流状态方程的观测器模型;运用锁相环原理,在假定旋转坐标系下对观测器模型的输出建立速度和位置估计的闭环控制器。采用此技术构建了应用于直驱系统的永磁同步电机矢量控制方案。通过仿真验证了所述方案的可行性,并通过实验室样机平台,验证其在全速范围内位置和转速估计的正确性。     

直驱永磁同步风力发电机无位置传感器控制

为了在无位置传感器的情况下,实现对直驱式永磁同步风力发电机的矢量控制,研究用简化卡尔曼滤波器进行电机转子位置和转速估计的方法.选取转子位置和转速作为状态变量,两相定子电流作为输入,建立了基于简化卡尔曼滤波器的永磁同步发电机状态估计离散模型,采用转子磁场定向的控制策略,实现了无位置传感器矢量控制.仿真结果表明:这种方法能够准确估计出电机的转子位置和转速信息,动静态性能良好,并基于此实现了最大功率追踪控制.     

宽转速范围永磁同步发电机电流矢量控制

为了实现永磁同步发电机(PMSG)在宽转速范围内和变负载条件下的高性能稳压控制,提出一种基于PWM整流器的PMSG电流矢量控制策略。PMSG输出的不稳定交流电经过PWM整流器变换成稳定的直流电,这样的直流发电系统具有高功率密度、高效率和能量、可双向流动等优点。所述的电流矢量控制策略,具体是在PMSG低速时采用最大转矩/电流比(MTPA)控制,中高速时通过一个电压外环实时补偿d轴弱磁电流,使得PMSG系统能够根据转速和负载变化及时地分配和控制d、q轴电流。仿真和实验结果验证了该控制策略的正确性和有效性,实现系统在宽转速范围的高性能稳压输出。     

直接转矩控制永磁同步发电机相位自校正型定子磁链观测器

直接转矩控制永磁同步发电具有电磁转矩和直流电压输出动态响应快等优点,但这些优点的实现需要准确的定子磁链。实际发电机参数在一定范围内随工作点变化而变化,这就要求定子磁链观测器对这些参数变化具有很强的鲁棒抑制特性。该文提出一种新型定子磁链观测器,该观测器借助有效磁链概念计算出转子磁极位置角观测值,基于此将定子磁链电压模型和电流模型联系起来,无需转子速度信息;为了进一步降低观测的定子磁链相位误差,将观测的定子电流矢量与实际定子电流矢量乘积结果送给PI调节器,利用PI输出值对转子位置角观测值进行校正。实验结果表明,采用该文提出的定子磁链观测器在无需转子速度及参数辨识情况下,对电机参数变化及模拟量采样误差具有很强的鲁棒抑制特性,可以获得准确的磁链观测值,实现电磁转矩和直流发电电压的快速而平稳控制。     

基于混合势函数的永磁同步风力 发电机暂态稳定性分析

永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator, PMSG)作为海上风力发电的主要设备,是风电技术的重要发展方向。然而,PMSG在运行过程中,受到大扰动干扰会导致其暂态稳定性下降。因此,针对PMSG风机大扰动下的暂态稳定性阈值难以判定的问题,本文基于混合势函数理论,建立了PMSG风机系统简化后的混合势函数模型,并推导出PMSG风机在大扰动后的暂态稳定判据。通过仿真后的网侧电流波形和网侧功率波形验证了暂态稳定判据的准确性,并调整各参数数值以分析PMSG风机暂态稳定性与风机参数、故障深度、故障时间和风速的关联性。