不平衡电压下双馈异步风力发电系统的建模与控制

提出了不平衡电网电压条件下双馈异步发电机(DFIG)在正、反转同步速旋转坐标系中的完整数学模型,推导和分析了不平衡电网电压条件下DFIG定子输出瞬时有功、无功功率组成.在此基础上,提出了小值稳态不平衡电网电压条件下增强DFIG不间断运行能力的4种可供选择的控制方案.讨论了不同不平衡控制目标下转子正、负序电流指令值计算原则,设计了正、反转同步速旋转坐标系中DFIG的双幽转子电流控制器的不平衡控制方案,实现了不平衡电网电压条件下转子正、负序电流的独立跟踪控制,有效地提高了小值稳态不平衡电网条件下风电机组的不间断运行能力.仿真研究验证了理论分析的正确性和所提出的双dq转子电流不平衡控制方案的有效性.  

基于扩展反电势估算的内插式永磁同步电动机无传感器控制

提出一种基于扩展反电势估算的内插式永磁同步电动机(IPMSM)无传感器控制策略，拟用于永磁无轴承电机地无位置/速度传感器运行。定义了包含传统反电势及定子电感位置信息的扩展反电势(Extended EMF, EEMF)，以此建立静止坐标系中的IPMSM新型数学模型。通过滑模观测器对两相静止坐标系中分量EEMF的估算检测出转子的空间位置；基于Lyapunov函数分析观测参数的收敛性；采用模型参考自适应算法得到了转子的估算速度。实验运行验证了该无传感器控制策略的有效性。  

适应实际电网阻抗特性的DFIG不平衡电压解耦补偿技术

提出了一种利用双馈感应发电机(DFIG)补偿公共连接点(PCC)不平衡电压的方法。在DFIG负序数学模型基础上,使用基于电网阻抗观测的解耦控制器实现DFIG对PCC负序电压交、直轴分量的解耦控制,确保DFIG系统在任意电网阻抗比下具有优良的负序电压补偿性能。详细介绍了该方法的设计思路,推导了使用该方法的DFIG系统的闭环传递函数,通过研究电网阻抗比变化时系统闭环极点的轨迹分析了所提不平衡补偿方法的稳定运行能力,并分析了所提方法对电网阻抗动态变化及阻抗估计误差的适应能力。搭建了Simulink仿真模型,对比分析了所提解耦补偿方法与传统不解耦补偿方法的控制性能。最后,搭建了单机实验平台,实验结果证明了所提补偿方法的有效性和相比不解耦补偿方法的优越性。  

电网电压不平衡时基于谐振闭环调节的双馈异步发电机转矩波动抑制策略

不平衡电网电压会引起双馈异步电机(doubly-fed induction generator,DFIG)转矩出现两倍频波动,对风电机组传动轴系部件造成危害,并降低风电机组运行可靠性和寿命。该文提出基于谐振闭环调节的DFIG转矩波动抑制策略,通过在传统转子电流闭环控制策略基础上加入转矩谐振闭环调节器,以实现对两倍频转矩波动的抑制。同时对所提控制策略中谐振调节器的设计进行深入研究,对比了两阶谐振器和降阶谐振器对控制性能的影响,并对控制策略中转矩跟踪特性、电流动态响应以及转矩抗扰动性进行了分析。最后,通过所构建的1.5 k W DFIG实验机组,验证了所提出控制策略的有效性。  

不平衡及谐波电压下双馈感应电机谐振滑模控制技术

为提高不平衡及谐波电网下双馈感应电机(doubly fed induction generator,DFIG)的运行性能,该文提出一种静止坐标系下的谐振滑模控制策略;通过在滑模控制切换面方程中加入6倍频谐振项,使系统实现对6倍频交流参考的无静差跟踪;实现了DFIG输出定子电流三相平衡且正弦,或者输出定子有功功率/无功功率平稳无脉动的控制目标,改善了不平衡及谐波电网下DFIG输出的电能质量。对比分析了不平衡及谐波电网下积分滑模控制与谐振滑模控制系统的性能,并证明了所提出控制系统的稳定性和收敛性。最后,构建了1 k W功率等级的DFIG实验平台,对所提控制策略进行了实验验证,证明了其可行性和有效性。  

无刷直流电机系统场路耦合法设计实验研究

针对无刷直流电机的工作特性,在电磁设计基础上,提出一种基于场路耦合法的无刷直流电机系统分析与设计方法.该方法建立在无刷直流电机电磁场有限元分析模型和电气控制系统模型基础上,即通过电磁场与电气系统的耦合协同仿真分析,精确设计无刷直流电机系统.在此基础上建立了对应的实验系统.实验结果与分析结果一致,表明该分析设计方法的正确性和可实现性.  

离网型风力发电系统逆变器控制技术研究

针对离刚型风力发电系统中负载侧逆变器的运行需求,实现不平衡与非线性负载下逆变器输出稳定幅值和频率的电压,提出了两相同步旋转坐标系下基于比例积分谐振控制的电压闭环控制技术,以解决传统的比例积分控制器由于带宽限制而引起输出电压性能下降的问题,进而建立了基于DSP2812的数字系统.实验结果表明,所提控制方案可实现输出电压在不平衡与非线性负载下的稳定输出,具有较强的负载适应能力.  

分布式发电系统离网运行模式下输出电能质量控制技术

针对分布式发电系统离网运行模式下输出电能质量的需求,以实现不平衡与非线性负载下系统输出稳定幅值和频率电压为控制目标,提出了基于比例积分谐振(proportion　integration resonance,PIR)的电压外环控制和预测电流控制(predictive current control,PCC)的电流内环控制的双闭环控制策略,以解决传统的比例积分控制器由于带宽限制而引起离网运行下系统输出电压性能恶化的问题.在此基础上建立了基于永磁直驱风电机组的实验平台,实验结果表明,该控制方案可实现系统在不平衡与非线性负载下具有稳定的电压输出性能,具备优良的负载动态适应能力,可增强分布式发电系统在不平衡与非线性负载下的运行能力.  

用于低电压穿越测试的电压跌落发生器研究

随着新能源中风力发电容量占电网比重的不断增加,新的电网运行准则要求风电机组具有一定的低电压穿越运行能力,电压跌落发生器是测试风电机组低压穿越性能的重要装置。这里在分析真实电网电压跌落类型的基础上,提出一种基于比例积分谐振控制器的电压跌落发生器控制策略,以实现故障电压正负序分量的精确控制。实验结果表明,基于该方法的电压跌落发生器能准确产生真实电网的跌落电压信号,满足风电机组测试运行的需要。  

基于参数在线辨识的永磁风力发电机无位置传感器控制技术

提出一种基于无位置传感器及电机参数在线辨识的永磁同步风力发电机控制策略。通过建立永磁同步发电机的扩展反电势数学模型,推导出基于锁相环技术的转子位置自检测控制模型。为消除发电机参数时变性对转子位置观测精度的影响,建立了基于递归最小二乘法的电机参数辨识模型,对永磁风力发电机的d、q轴电感进行实时在线辨识,并将实时辨识得到的电机参数应用于发电机转子位置观测和转子磁场定向矢量控制中。建立了一套2kW的永磁风力发电机实验机组,对所提控制策略的有效性和可行性进行了实验验证。