弱电网下直驱风机网侧换流器建模及稳定运行控制策略分析

直驱风机网侧换流器可能因与弱电网动态交互引发系统失稳问题。为探究系统的交互机理,保证系统的稳定运行,首先对直驱风机并网模型进行了合理简化,建立了弱电网下直驱风机网侧换流器与电网交互的单输入单输出传递函数模型,并应用经典频域判据进行稳定性分析,探究电气与控制环节对于系统稳定性的影响。其次在分析锁相环导致系统失稳的原因基础上,提出了一种新型3阶锁相环控制结构设计方案,并对锁相环参数进行了多目标优化设计。结果表明,3阶锁相环具有更好的谐波衰减效果,在短路比为2的极弱电网下仍可以保持稳定运行。最后基于MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提设计方案的有效性。     

4500 kN变频直驱顶部驱动钻井装置设计

常规的顶部驱动钻井装置(简称顶驱)通过减速箱进行减速、增扭,以满足钻井作业的要求.减速箱一般为2级齿轮传动,结构复杂,传动效率降低,油润滑系统容易泄露.为进一步提高顶驱的传动效率和可靠性,研制了一种由变频电机直接驱动主轴的直驱顶驱.该顶驱取消减速箱,采用无级变频控制技术,将电机与主轴融合,电机转子直接驱动主轴钻进.与同...     

三电平PWM整流器用于直驱风力发电系统

直驱型风力发电系统的风力发电机需要通过大功率交直交变流器即全功率变流器将风力发电机直接并网,而开关器件水平无法满足全功率变流器的要求,因此研究了二极管箝位三电平PWM整流器在直驱型风力发电系统中的应用。针对这一拓扑和直驱型风力发电系统的特点,采用基于PWM整流器模型的跟踪指令电压矢量的空间矢量脉宽调制(SVPWM)电流控制策略,使用龙格库塔解析法和Matlab仿真了负载从半载到满载变化时,三电平整流器直流电压的动态响应波形,交流侧电压、电流的变化趋势以及d-q坐标系下有功、无功电流分量跟随参考量变化的波形等。结果表明,该PWM整流器可有效抑制注入电网的谐波,减小交流侧的电流波形畸变;在负载突变时保持直流电压恒定,输出有功、无功可调且动态跟随性能较好。三电平PWM整流器作为全功率变流器的整流部分适合于直驱型风力发电系统的应用。     

基于增量式旋转编码器的永磁风力发电机控制研究

永磁直驱型风力发电机是一种低转速大转矩的发电机,风力机运行过程中要实现最大风能的捕获,需要对发电机进行转矩控制。使用一种高精度增量式旋转编码器,测量永磁同步发电机的转速和转子位置,并在此基础上实现了发电机的矢量控制。实验表明,经过初始安装角度的校正,这种高精度的增量式码盘能够准确测量发电机的转速和转子位置,没有累积误差,基于这种编码器的矢量控制方法在永磁风电实验系统上取得了很好的效果。     

基于RTDS的直驱型风机变流器控制系统闭环试验平台设计

为了深入研究直驱型风力发电机组电气特性,采用实时数字仿真器(RTDS)与风机变流器控制系统结合的形式,建立了基于RTDS的某型号直驱型风力发电机组实际变流器控制系统闭环试验平台。阐述了试验平台设备连接及信号交换方式、数字模型的建立方法,设计了风力发电机的并网模拟、风速变化、低电压过渡能力验证、系统频率偏移、风力机功率调节、风力机运行方式调节等试验项目,并对试验结果进行分析。试验结果表明,所建立的直驱型风机变流器控制系统闭环试验平台能够对风机电气控制性能进行全面测试,仿真结果与直驱型风机实际运行规律相吻合。     

永磁直驱风电系统低电压穿越能力仿真

为了提高采用双PWM变流器的永磁直驱风电系统的低电压穿越能力,提出了增加直流侧卸荷负载以及电网侧采用静止同步无功补偿器的方法,在MATLAB/SIMULINK仿真环境中建立了系统的仿真模型并针对系统的跌落特性进行了动态仿真.仿真结果表明:系统能够实现最大功率点追踪以及向电网输出接近正弦的优良交流电能;在电网电压跌落时,卸荷负载能够消耗掉多余的能量并且能良好地限制直流侧电压上升,STATCOM能够快速为电网提供无功功率支持.     

并联背靠背PWM变流器在直驱型风力发电系统的应用

直驱型风力发电系统需要全功率变流器,在现有器件功率水平以及开关频率等诸多因素制约下,变流器直接并联的方式具备结构简单、模块化设计、易扩展的优点。文中通过有效的控制,使并联运行达到了大电流输入的要求,并将基于载波相移技术的背靠背脉宽调制(PWM)变流器应用在直驱型风力发电系统中,开关频率仅为1 kHz。实验表明,在提高等效开关频率、改善输出电流波形的同时不会带来环流问题,这在风电系统的全功率变流器中具有重要意义。     

Control of a grid-connected direct-drive wind energy conversion system

This paper investigates the current control for a grid-connected direct-drive wind energy conversion system (DDWECS) with a permanent magnet synchronous generator (PMSG), which utilizes a back-to-back pulse width modulation (PWM) converter. For the machine-side, the controller adopts a current vector control method based on the rotating reference frame (RRF) and the maximum power extraction (MPE) is realised through the tip speed ratio (TSR) method. For the grid-side, a novel controller is proposed for the first time to be successfully used for the DDWECS, which combining a proportional complex integral (PCI) current inner loop based on stationary reference frame (SRF) for regulating the grid-side current with a dc voltage outer loop for stabilizing the dc bus voltage and compare with the proportional resonant (PR) controller. A system simulation model is established by using the Matlab/Simulink to simulate the performance of the DDWECS and a prototype system has been build and tested to verify the validity of the developed control methods for both machine-side and grid-side and the excellent performance of the DDWECS.     

构网型直驱风电机组间控制相互作用研究

构网型风电控制技术具有很好的弱电网适应性,可以有效避免风电并网次超同步振荡问题。但是虚拟同步控制引入固有的低频特征模式,接入强电网时会发生低频振荡,同时多台构网型风电机组并联运行时存在控制器相互作用。针对此问题,采用特征模式分析方法,研究了基于虚拟同步控制方法的构网型直驱风电机组并联运行时的控制相互作用及主导低频特征模式稳定性。揭示了虚拟惯量控制参数及系统运行方式对构网型风电机组并联运行低频振荡特性的影响。通过详细时域仿真验证了分析结果的正确性。     

基于三电平变流器的PMSM无速度传感器控制研究

随着海上风电的快速发展,大功率永磁同步电机的应用越来越多,采用三电平变流器的中压系统因其更低的谐波和更好的控制效果得到了广泛应用。本文介绍了一种基于60°坐标系三电平变流器的SVPWM实现方法,该方法可以省去复杂的三角函数运算,易于工程实现,且控制效果良好;在此基础上介绍了采用模型参考自适应方法实现的永磁同步电机的无速度传感器控制方案,此辨识方法控制原理简单,系统的动态特性好。通过搭建系统的仿真模型,证明了采用60°坐标系的SVPWM方法的正确性和有效性,并验证了基于模型参考自适应的矢量控制方案的控制效果,可以准确获取电机转速和转子位置角信息,并且在突加突减负载的条件下,系统都可以稳定运行,动态特性良好。