无刷双馈风力发电机模型降阶

无刷双馈风力发电机中的3套绕组电流(功率绕组、控制绕组和转子绕组)产生的磁场在电机空间相互作用,绕组间复杂的耦合关系导致无刷双馈电机模型具有高维数特征.为了更有效地对无刷双馈风力发电机进行运行分析与功率控制,充分利用无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,实现模型降阶是必要的.研究了无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,建立了无刷双馈风力发电机的三时间尺度奇异摄动模型,为无刷双馈风力发电机的模型降阶奠定了基础.     

无刷双馈风力发电机模型降阶第Ⅰ部分:无刷双馈风力发电机的多时间尺度模型

无刷双馈风力发电机中的3套绕组电流(功率绕组、控制绕组和转子绕组)产生的磁场在电机空间相互作用,绕组间复杂的耦合关系导致无刷双馈电机模型具有高维数特征.为了更有效地对无刷双馈风力发电机进行运行分析与功率控制,充分利用无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,实现模型降阶是必要的.研究了无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,建立了无刷双馈风力发电机的三时间尺度奇异摄动模型,为无刷双馈风力发电机的模型降阶奠定了基础.     

基于BDFWG降阶模型的最大风能捕获

无刷双馈风力发电系统是一个多时间尺度高维教系统,根据无刷双馈电机的多时间尺度特征,可以得到无刷双馈风力发电系统三种不同的数学模型,即原模型、五阶模型和一阶模型,并且降阶模型与原模型具有一致稳定性.本文根据最大风能捕获原理,利用无刷双馈风力发电系统一阶模型,推导出一种实用型最大风能捕获控制算法.该算法建立在无刷双馈电机降阶模型基础上,与以往控制算法相比,明晰易懂、计算量小、便于操作,是一种实用型的控制算法.     

矢量解耦控制级联式无刷双馈发电机研究

由于飞机三级式同步发电机存在CSD(恒速装置),增加了飞机重量,而且发电及容量不能做到很大.提出一种飞机串级式无刷双馈交流发电机系统,去掉了CSD,在发动机转速变化的同时调节控制绕组电流大小实现变速恒频的目的.论文在对串级式无刷双馈发电机定转子磁场进行分析、给出电压和转矩方程的基础上,针对串级式无刷双馈电机的高耦合、非线性和多变量时变性等特点,设计了矢量解耦控制器,实现控制绕组电压与电流之间的解耦,在Matlab/simulink环境下进行了仿真研究,结果表明:利用矢量解耦控制算法对无刷双馈发电机进行分析,实现了变速恒频发电;系统运行良好,具有较好的动态响应特性;所采用的方法是正确的、可行的.     

双馈风力发电机系统的自抗扰神经网络的励磁控制

在双馈发电机传统控制方式的基础上, 将自抗扰控制技术和BP神经网络相结合结合, 应用于双馈风力发电机并网运行的控制上, 提出了一种新的双馈风力发电机并网运行控制方案. 该控制方案具有内外两个控制环, 内环通过BP神经网络实现双馈风力发电机的转子d-q轴电流控制, 外环通过自抗扰技术实现双馈风力发电机定子侧的有功、无功控制. 由于自抗扰控制器利用一阶跟踪微分器和扩张状态观测器对系统扰动进行动态跟踪补偿, 在此基础上输出双馈电机转子交--直轴电流的参考值, 然后将该参考值作为BP神经网络训练样本的输入, 训练后的BP神经网络可以更好地逼近实际转子电压输出量. 论文设计并实现了该方案的具体控制算法. 仿真测试表明: 该控制方案具有优良的动态性能, 对系统的内外扰动具有较强的鲁棒性, 在没有精确的发电机参数情况下依然可实现并网系统的稳定运行.     

笼型无刷双馈风力发电机有限元分析与仿真

在变速恒频风力发电系统的研究中,无刷双馈电机是一种新型变频调速感应电机,在风力发电方面具有广阔的应用前景。在分析笼型无刷双馈电机工作原理和电磁关系基础上,采用交叉短距式定子绕组抑制高次谐波,运用有限元分析方法详细阐述其电磁设计方法。建立双旋转坐标系无刷双馈电机的数学模型,并对其在各种工况下的性能进行仿真研究。结果表明无刷双馈电机具有良好的动、静态运行特性,证明了无刷双馈电机设计与仿真模型的正确性和可行性,为深入研究无刷双馈风力发电系统奠定了理论基础。     

一类多时间尺度机电耦合系统降阶及稳定一致性

针对一类机电耦合系统,讨论了非线性多时间尺度系统与其相应的简化降阶系统稳定性一致问题,给出了稳定一致性的条件;讨论了多时间尺度系统(原始系统)和降阶系统的稳定域边界问题,分析了非线性多时间尺度系统稳定域边界对摄动参数ε的连续依赖性,给出了稳定边界对ε连续依赖的条件.研究表明不论对系统的平衡点稳定性还是稳定域来说,在可接受的条件下略去快动态是合理的.     

无刷双馈发电机及其控制策略的仿真研究

给出了无刷双馈发电机的转子机械速dq0数学模型和定子同步速MT数学模型;提出了一种无刷双馈发电机空载并网控制策略,该策略根据定子同步坐标系下无刷双馈发电机有功功率、无功功率给定值,最终得出控制侧定子绕组的电压给定值,将该值进行2r/3s变换后输入SVPWM调制模块,得到的PWM信号用于控制机侧变流器开关管的通断,从而产生定子控制绕组所需的电压、电流;在Matlab/Simulink环境下搭建了无刷双馈发电机及其控制仿真模型,并对无刷双馈发电机在空载、并网状态下的动态性能进行了仿真研究。仿真结果验证了所搭建模型及空载并网控制策略的正确性、有效性。     

无刷双馈电机的PID神经网络控制

无刷双馈电机(BDFM)兼有笼型、绕线型感应电机和电励磁同步电机的共同优点,在电气传动和风力发电中具有很好的应用前景.由于无刷双馈电机两套绕组形成的复杂空间耦合关系,使得基于模型的控制方法异常复杂,为此设计了一种PID神经网络(PIDNN)的无刷双馈电机的控制方法,经过训练的PID神经网络控制器能够实现准确的转速跟踪,且有较好的动态特性,仿真结果验证了这种控制方法的有效性.     

变速恒频无刷双馈风力发电机及其控制

通过对无刷双馈风力发电机工作原理和运行特性的分析,建立了无刷双馈发电机摹于转子机械坐标系的数学模型,将变结构控制应用到无刷双馈发电机有功功率与无功功率的解耦控制中,分析了其电磁关系和能量平衡关系.使用Matlab/Simulink软件对系统及其控制策略进行了仿真分析.仿真结果表明:变结构控制能够成功地实现风力发电中无刷双馈发电机有功与无功功率的解耦控制,在实现风能的最大功率捕获的同时,可以提供电网需要的无功功率,满足电力系统的需要.     

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.     

开关磁阻风力发电系统研究

针对传统的基于异步发电机、双馈发电机和永磁同步发电机的风力发电系统稳定性较差,风力发电系统的实验研究需要诸多条件、不易实现的问题,提出了一种在不具备风场实验条件情况下进行基于开关磁阻发电机的风力发电系统研究的方法,即采用直流电动机模拟风力机来进行开关磁阻发电系统的实验。建立了直流电动机模拟风力机的仿真模型,介绍了基于该模型的开关磁阻风力发电系统最大输出功率闭环控制方案。仿真结果表明,该控制方案能使所建立的发电系统快速进行功率调节并进入稳态工作。     

Doubly-fed wind turbine generator control: A bond graph approach

In this contribution, a bond graph doubly-fed wind turbine generator control is proposed. The control law is derived from the inverse model of the doubly-fed induction generator, which allows a different structure for the torque control to be obtained. The bond graph methodology and the concept of bicausality are applied to derive the control law. The robustness of the proposed control is verified and the simulation of the complete model is conducted for constant and variable wind speed operation conditions, respectively.     

风电并网对系统稳定性及紧急控制策略影响的仿真分析

在DIgSILENT软件中建立异步风电机组和双馈感应风电机组模型,以新疆某地区实际电网为例,分析比较了两种不同风机并网对电力系统电压和频率稳定的影响,同时,研究了两种风机并网前后对电力系统紧急控制策略的影响。仿真结果表明:当电网发生扰动时,双馈感应风机频率响应不明显;但在电网扰动影响电压稳定时,双馈感应电机能够提高一定的电压稳定性;当电网发生大扰动,采取紧急控制策略后电网的稳定性不如电网未接入风电时电网采取紧急控制策略后的稳定性。     

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。     

基于PSCAD的变速恒频双馈风电系统建模与仿真

为研究变速恒频双馈风电系统的各种高性能控制策略提供有效的动态仿真与分析平台,并克服Matlab仿真环境下所建的模型在动态性能方面存在的不足,采用PSCAD仿真软件建立了变速恒频双馈风电系统的动态仿真模型.基于PSCAD的变速恒频双馈风电系统模型由风机、双馈发电机、功率变换器、控制模块构成, 在建立的模型基础上, 针对电网电压正常情况以及电网电压发生对称、不对称故障时系统的运行特性进行了仿真研究,仿真结果证明了系统模型的正确性.     

基于SVG的风电场接入局域电网的电压稳定性分析

研究了用静止无功发生器(SVG)改善基于双馈感应发电机组的风电场的暂态电压稳定性。在DIgSILENT/PowerFactory中建立了双馈感应发电机组及SVG控制模型,通过包含风电场的电力系统仿真,验证了SVG对风电场暂态电压稳定性的作用。仿真结果表明,SVG能够有效地帮助风电场在电网发生故障后迅速恢复电压,提高风电场的故障穿越能力,确保风电机组连续运行及电网安全稳定。     

改进型双馈风力发电机最大功率点跟踪策略

针对传统双馈风力发电机最大功率点跟踪极值搜索策略将正弦信号作为搜索信号而很难将正弦信号从总的输出信号中区分出来的问题,提出了一种利用风湍流作为极值搜索信号的改进型最大功率点跟踪策略。该改进策略对叠加风湍流的叶尖速比和功率系数进行傅里叶变换,获得相位差信息,从而确定叶尖速比变化方向,使双馈风力发电机达到最佳运行工作点。仿真结果表明,该改进策略可控制风力发电机转速较好地跟踪风速变化,实现了额定风速以下运行区域的最大风能捕获。