双变量交交变频双馈电动机功率因数控制研究

分析了双馈电动机的数学模型,推导出电动机定子侧电流与转子侧电流的关系;采用双变量交交变频器为双馈电动机提供变频励磁电源,并通过控制变频器输出电压的幅值、频率来控制转子侧电流;通过实验研究转子侧电流对双馈电动机定子侧功率因数的影响,得出可以通过控制转子侧电流来调节电动机功率因数的结论。     

双馈电机力能指标优化控制策略仿真研究

在双馈调速过程中,当转子侧变频电源的压频比与负载匹配不相适宜时,会使双馈电动机运行在力能指标相对较低状态,为探究恒转矩负载条件下转子侧变频电源的压频比对双馈电动机功率因数和效率的影响并使双馈电机力能指标得以优化,提出一种双馈电机力能指标优化控制策略.通过理论推导以及对不同频率、不同负载条件下,双馈电机转子侧电压、电流与定子侧电流、力能指标间的关系进行研究,得出控制转子电压可对定子侧功率因数进行控制的一般规律,并得出使定子侧功率因数为1时的压频比为转子侧最佳压频比,此时双馈电机的力能指标相对最优,在此基础上提出双馈电机力能指标优化控制策略,仿真结果表明力能指标优化控制策略能使双馈电机在不同频率、不同负载条件下始终运行在力能指标最优状态.     

矩阵变换器励磁控制的无刷双馈风力发电系统

应用在双馈风力发电系统中的功率变换器必须具有功率双向流动的能力, 交直交循环变流器和交交矩阵变换器都可满足功率的双向流动要求. 而矩阵变换器能同时提供正弦的输入电流和输出电压, 输入电流可调节为超前、滞后或同相于输入电压, 输出电压可实现幅值、频率和网侧功率因数的独立控制. 利用矩阵变换器, 通过控制无刷双馈电机控制绕组的电压幅值、频率, 为风力发电系统提供励磁. 压频比控制器采用模型参考模糊自适应控制策略, 对电机的转速和功率因数进行控制. 采用DSP,CPLD构建了基于四步换流方案的矩阵变换器实验励磁系统, 仿真和实验结果验证了系统设计的正确性、可行性和稳定性, 为矩阵式变换器的实际应用提供了实验基础.     

电网电压不平衡工况下双馈感应风力发电机组的自抗扰控制

本文提出电网电压不平衡工况下双馈感应电机(DFIG)的自抗扰控制(ADRC)方法, 抑制不平衡电压引起的电磁转矩和无功功率波动, 延长风力发电机组的工作寿命. 在正、负序同步旋转坐标系中推导了电网电压不平衡工况下DFIG的电磁转矩表达式, 计算出消除电磁转矩波动所需的负序转子电流, 将其叠加到正序转子电流参考值上, 以减小电磁转矩波动. 采用ADRC实现对转子电流的有效控制, 减少控制器对发电机精确模型的依赖, 提高控制系统的鲁棒性. 仿真结果表明所提出的控制方案有效地减小了电网电压不平衡工况下DFIG的电磁转矩和无功功率波动, 同时减小了不平衡电流, 有利于延长DFIG风力发电机组的工作寿命.     

双馈感应风力发电系统低电压穿越转子侧新型控制方法

建立了增加定子励磁电流变化的双馈感应风力发电系统数学模型,分析了电网电压跌落时以及电压恢复后系统的响应特性.针对电网电压大值跌落的情况,提出了一种低电压穿越控制方案:首先在转子侧变换器定子磁链定向的矢量控制方案中引入一个补偿项——定子励磁电流的微分项;在此基础上,在发电机的转子侧串联电阻.仿真结果表明,该方法在电网电压大值跌落时,能够对定、转子侧的过电压过电流有明显的抑制作用.     

变速恒频风力发电系统矩阵式变换器的建模与仿真

研究在变速恒频风力发电系统中的功率变换器必须具有功率双向流动的能力.为满足上述要求采,用矩阵式变换器能同时提供正弦的输入电流和输出电压,输入电流可调节为超前、滞后或同相于输入电压,输出电压可实现幅值、频率和网侧功率因数的独立控制.从等效交-直-交变换器的空间矢量调制方法出发,按照交-交直接变换控制方式实现了对矩阵式变换器建模和运行控制规律研究.仿真结果表明矩阵式变换器具有优良的输入输出特性,证明了仿真模型的正确性和可行性,为今后的实用化莫定了基础.     

双馈电机的电流解耦控制研究

在基于定子磁链定向的双馈电机控制系统中,由于传统的稳态下的电压前馈补偿,转子电流dq分量存在小幅度振荡问题,本文中采用了一种新的考虑定子磁链微分的电压前馈补偿方法（文中方法B）,取得良好的电流解耦控制效果。仿真结果验证了该方法的正确性。     

一种实用的电流信号源

在检修或调试DDZ-Ⅱ或DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表时,经常需要0～10mA或4～20mA的电流源作为调试信号源。本文介绍一种简单实用的可调恒流源电路,可用于Ⅱ型或Ⅲ型仪表检修或调试,其原理电路如圈1所示。在图2电路中,当电位器W的中点调到a点位置时,取佯电阻R_0(实为两电阻串联)两端的电压就是运算放大器反相输入端与同相输入端之间的电压。由于运算放大器的电压放大倍数很大,使其反相端的电位和同相端的电位可以看成相等,因此,取样电阻R_0两端的电压为零,从而使电路的输出电流为零。这时运算放大器工作在开环状态,其输出端电压约为-5V,a     

基于位置估计的双馈风力发电机的控制策略

为了避免由机械传感器所带来的一些控制上的问题,提出了一种基于位置估计的双馈风力发电机的控制方案。在转速控制阶段,根据双馈发电机数学模型,通过采集电网电压电流,转子电压电流,采用定子磁场定向的矢量控制策略,利用转子电流矢量综合位置与定子电压矢量综合位置,对并网前后转子位置进行估算,得到转速及功率变化规律,运用这个规律可以实现对转速的控制。最后对1 MW的风力机模型进行系统仿真实验,结果表明整个转速控制区间对转子位置的估计都满足系统要求,基本上解决了风力发电机的转速和无功功率控制难的问题,验证了方案的正确性与可行性。     

电动汽车能量控制系统的动态建模与仿真

在异步电动机驱动的电动汽车运行过程中,驱动系统的直流侧电压和电流随着运行状态的不同而发生变化,从而会造成电动机控制性能的恶化.根据电动汽车驱动时直流侧电压需保持恒定,能量回馈时直流侧电流需保持恒定的要求,使用双向直流-直流变换器对直流侧电压和电流进行调整,正向工作时采用电压反馈并使用PI控制器镇定系统,反向工作时采用电流反馈并使用基于补偿环节的平均电流法镇定系统.分别建立了正向电压控制和反向电流控制的动态数学模型,利用输入电压和负载的阶跃扰动考验了系统的抗扰能力.通过MATLAB仿真证明了该控制方法的有效性和正确性.     

Self-sensing active magnetic bearing using real-time duty cycle

In a self-sensing active magnetic bearing (AMB) system driven by pulse width modulation (PWM) switching power amplifiers, the rotor position information can be extracted from coil current and voltage signals by a specific signal demodulation process. In this study, to reduce the complexity of hardware, the coil voltage signal was not filtered but measured in the form of a duty cycle by the eCAP port of DSP (TMS320F28335). A mathematical model was established to provide the relationship between rotor position, current ripple, and duty cycle. Theoretical analysis of the amplitude-frequency characteristic of the coil current at the switching frequency was presented using Fourier series, Jacobi-Anger identity, and Bessel function. Experimental results showed that the time-varying duty cycle causes infinite side frequencies around the switching frequency. The side frequency interval depends on the varying frequency of the duty cycle. Rotor position can be calculated by measuring the duty cycle and demodulating the coil current ripple. With this self-sensing strategy, the rotor system supported by AMBs can steadily rotate at a speed of 3000 r/min.     

A GLOBAL EXPONENTIAL OUTPUT‐FEEDBACK CONTROLLER FOR INDUCTION MOTORS

In this paper, we design an output‐feedback, rotor position/rotor flux controller for the full‐order, nonlinear dynamic model of an induction motor. The singularity free controller does not require measurement of rotor flux or rotor velocity and yields global exponential rotor position and rotor flux tracking. The proposed controller is termed output‐feedback due to the inexpensive/simplistic manner in which stator current measurements can be obtained (e.g., the most primitive method of measuring current can be achieved through simple voltage measurements across known resistive elements). Experimental results are included to verify the effectiveness of the proposed controller.     

A Long-Range Generalized Predictive Control Algorithm for a DFIG Based Wind Energy System

This paper presents a new Long-range generalized predictive controller in the synchronous reference frame for a wind energy system doubly-fed induction generator based. This controller uses the state space equations that consider the rotor current and voltage as state and control variables, to execute the predictive control action. Therefore, the model of the plant must be transformed into two discrete transference functions, by means of an auto-regressive moving average model, in order to attain a discrete and decoupled controller, which makes it possible to treat it as two independent single-input single-output systems instead of a magnetic coupled multiple-input multiple-output system. For achieving that, a direct power control strategy is used, based on the past and future rotor currents and voltages estimation. The algorithm evaluates the rotor current predictors for a defined prediction horizon and computes the new rotor voltages that must be injected to controlling the stator active and reactive powers. To evaluate the controller performance, some simulations were made using Matlab/Simulink. Experimental tests were carried out with a small-scale prototype assuming normal operating conditions with constant and variable wind speed profiles. Finally, some conclusions respect to the dynamic performance of this new contro-ller are summarized.      

不平衡电网电压下双馈感应发电机无源控制

本文以抑制电网电压不平衡所带来的定、转子不平衡电流为目标,提出了一种基于无源化方法的双馈感应发电机不平衡控制策略.首先在分析了正转同步旋转坐标系下的双馈感应发电机正序模型及负序模型无源性的基础上,设计了正、负序模型的无源性状态反馈控制器;然后给出了一种期望状态值计算方法,根据不平衡控制目标得到定、转子电流负序分量的指令值,结合定子电压的正序分量和电磁转矩的期望值计算出定、转子电流正序分量的给定值;最后得到电网电压不平衡条件下双馈感应发电机的无源控制器.仿真结果表明:所提出的控制方案有效地抑制了电网电压不平衡故障时定子及转子的不平衡电流,降低了输出电磁转矩的波动,提高了双馈感应发电机系统在电网电压不平衡条件下实现不间断运行的能力.     

基于能量流动双PWM协调控制

基于双PWM结构,根据系统能量流动分析系统在能量平衡状态和能量不平衡状态下系统各部分间的能量关系,并建立双PWM结构能量数学模型;针对系统输出能量与消耗能量不平衡时造成的直流母线电压波动以及输出功率不匹配的问题,建立关于直流母线电压以及网侧电流d轴分量的约束条件,保证系统能量能够平滑变化;采用约束条件对整流器电压外环以及功率内环进行修正,用以实现整流侧输出能量与逆变侧消耗能量的快速平衡,达到双PWM结构间协调控制的目的;根据仿真结果表明,系统在电机功率突变时,能够实现能量的快速平衡,并且能够减少直流母线电压波动,减少网侧谐波分量和直流侧电容。     

转子磁场定向矢量控制在矿用电机车上的应用

结合矿用电机车的工作状况,研制开发出基于DSP的SVPWM变频调速系统。该系统采用转子磁场定向矢量控制方案,显著减小逆变器输出电流谐波成分及电机谐波损耗,提高电压利用率,提高电机车的工作性能,对提高矿山企业的经济效益和社会效益是非常重要的。     

新型双馈风力发电机有功功率平滑控制策略研究

针对由于风能的不确定性、风力发电机的大惯性以及风力发电系统的响应延迟性等造成的风力发电机输出有功功率在一定范围内有波动的问题,提出了一种新型双馈风力发电机有功功率平滑控制策略。该控制策略在全风速范围内采用变浆与变速协调控制策略,并在其基础上增加了一个有功功率误差控制环节,将转子电压辅助控制指令值作为反馈量加入原来的转子电压控制指令值,通过控制SPWM脉冲发生器来实现风力发电机定子输出有功功率的平滑控制。Matlab/Simulink仿真结果表明,与传统有功功率控制策略相比,该新型有功功率平滑控制策略有效抑制了双馈风力发电机输出有功功率的波动。     

六相感应电动机定子间互感电压研究

对六相感应电动机通入梯形波相电流时的定子间瞬时自感、互感系数及互感电压进行了理论计算和有限元分析。计算及分析结果表明:定子侧通入梯形波的六相感应电动机可以模拟直流电动机控制模式;转矩电流对定子每相的感应电压影响非常小,验证了建模与仿真时忽略定子转矩电流和转子感应电流产生的磁效应是合理的。     

基于新型转子撬棒的双馈风电机组低电压穿越技术

针对目前双馈风力发电系统低电压穿越方案所存在的问题,尤其是转子侧投入撬棒后在穿越过程中的一些不足,提出了一种新型的阻容式转子撬棒以改善双馈风力机组的低电压穿越能力。在分析了双馈风力发电机故障期间投入撬棒后特点的基础上,结合其对应的等效电路,推导出双馈风力发电机定子侧与转子侧的无功功率表达式。对无功功率表达式定性分析后,得出提高低电压穿越能力的方案,并以此设计出一种不同于传统撬棒的新型转子撬棒,即阻容式转子撬棒。利用MATLAB/simulink搭建仿真模型进行验证,仿真结果表明:新型阻容式转子撬棒不仅可以在定子侧加快故障电压的恢复,而且可以限制转子侧过电流,抑制因撬棒的投切而对机侧变流器的暂态冲击,最终实现了有效提高双馈风力发电系统低电压穿越能力的目的。