基于比例多谐振控制的直驱永磁风力发电系统谐波抑制研究

直驱永磁同步发电机受变流器开关频率限制及电网电压畸变的影响,并网电流常含有大量且难以消除的低频谐波。文章基于双PWM并网变流器建立永磁同步风力发电系统仿真模型;提出一种高性能比例多谐振电流环控制器以提高电流环的谐波抑制能力和改善跟踪控制性能,并对基于传统PI控制及比例多谐振控制的永磁风力发电系统进行了对比。仿真和实验结果验证了风力发电控制系统模型的正确性,以及比例多谐振控制器谐波抑制的优越性。     

新型永磁风力发电机控制策略的仿真研究

直驱式永磁同步发电系统以其噪声小、可靠性高等优点在风力发电系统中越来越得到重视。对一种采用新型永磁同步发电机的直驱式永磁同步发电系统进行了仿真研究,建立了新型永磁风力发电机组的MATLAB模型,提出了一种基于萤火虫群算法的优化功率分配方法。该方法以减小发电机损耗为目标,能够较大地提高发电机组的效率。仿真结果表明,采用优化功率分配方法的发电机由于能够减小损耗,可以输出更多的有功功率,具有更高的发电效率。研究结果可为新型永磁同步发电机发电效率的提高提供参考。     

永磁直驱式同步风力发电系统滑模自寻最优控制

针对永磁直驱式同步风力发电机系统部分负荷阶段的最大功率捕捉问题,提出了一种滑模自寻最优控制策略。在风力机和永磁同步风力发电机非线性数学模型基础上,利用滑模变结构自寻最优控制算法实现风力发电系统最大功率捕捉,同时用自适应参数改善滑模变结构控制带来的输出颤振。该方法具有无须测量环境风速和精确风力发电系统数学模型的优点。仿真证明该方法具有良好的控制效果。     

一种分段式变步长爬山法最大功率追踪控制策略

为提高小型永磁同步风力发电系统最大功率追踪的性能,结合小型风力发电机工作特性,在两种经典爬山法的基础上,提出一种更加适合小型风力发电机的分段式变步长爬山法,该算法能快速稳定地使系统运行在最大功率点。在此基础上,搭建了基于Matlab/Simulink的模型进行仿真分析,并构建了以TMS320F28335 DSP为控制核心的直驱式永磁同步风力发电模拟实验平台,通过实验和仿真结果验证了分段式变步长爬山法的有效性和优越性。     

电网故障下直驱永磁风力发电机的无功功率控制策略

直驱永磁同步风力发电系统(Directly driven wind turbinewith Permanent Magnet Synchronous Generators,D-PMSG)因具有结构简单、发电效率及运行可靠性高等优点已经逐渐成为风力发电的主流机型。随着风电场规模的逐渐增大,风力机的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Through,LVRT)已经成为大型风电场并网的必备条件。文中针对电网故障下直驱永磁风力发电机的无功功率出力问题,采用在电网故障阶段并联备用变频器以及无功优先的控制方法,在电压跌落期间充分利用变频器的无功产生能力,使风力发电系统在故障期间迅速增加无功功率的输出,提升机端电压,帮助电网电压恢复,从而增强了直驱永磁同步风力机的低电压穿越能力。     

基于混沌优化PID风力发电机组变桨距系统研究

变桨距控制是永磁直驱同步风力发电系统在额定风速以上限制功率输出的主要控制手段,文章基于风力机功率输出特性曲线,分析了永磁直驱风力发电系统变桨距控制在全风况下对应的控制策略。在额定风速以上时利用转速和功率相结合的双闭环变桨距控制系统,并在传统的PID控制器的基础上运用了混沌优化技术,用来减小在额定风速附近引起的输出功率波动及载荷突变的不利影响。通过Matlab仿真软件对混沌优化变桨距进行验证,仿真结果表明该变桨距控制策略响应速度快且鲁棒性强。     

直驱式风力发电系统矩阵变换器的控制研究

近年来我国的风电行业取得了长足的进步,正朝着双馈式风电系统和直驱式风电系统方向发展.直驱式风力发电系统常采用永磁同步发电机.而矩阵变换器是一种具有优良特性的新型交一交一直接型变频器,输入输出波形为正弦;输入功率因数能够自由调节;输出电压及其电流的幅值、频率等均可调节.为解决传统交一直一交变换器在风力发电系统中功率因数...     

直驱式风力发电系统的应用分析

结合目前市场应用和实验研究情况，综合评述了直驱式风力发电系统。具体介绍了5种直驱式风力发电系统的特点、优劣及应用状况，直驱式风力发电系统中应用的电力电子变换器概况。通过综合比较，指出了直驱式风力发电系统的应用前景。     

基于永磁同步发电机的直驱风电双脉宽调制变流器的研制

阐述了永磁直驱风电系统背靠背双脉宽调制(PWM)全功率变流器的电路结构和控制原理,利用Matlab软件建立了该系统的仿真模型,对其稳态和动态性能进行了分析.并构建了永磁直驱风电试验平台和双PWM变流器系统.结果表明:采用双PWM变流器作为永磁直驱风电系统的变流器,可以实现对永磁同步发电机(PMSG)的优良控制,并向电网输送优质的电能.     

海上风电机组机型发展的技术路线对比

大型化是海上风电未来发展的重要趋势,海上风电机组的类型也从恒速恒频发电机组发展到变速恒频发电机组,双馈异步风电机组、永磁和电励磁同步风电机组、笼型异步风电机组4种技术路线均可采用变速恒频控制技术。从发电机类型和控制策略、传动系统和吊装维护两个方面,对不同类型海上风电机组的性能进行比较,由于采用不同的发电机技术、变速恒频控制方法和传动系统,实际应用中也是各有优缺点。从经济性来看,电励磁直驱同步风机系统的成本最高,成本较低的是双馈异步和永磁半直驱同步风机系统;永磁直驱同步发电机组的年发电量最多,其次是电励磁直驱同步风机系统,永磁半直驱同步风机系统介于电励磁直驱同步风机系统和双馈异步风机系统之间;永磁半直驱同步风机系统的度电成本最低。国外海上风电机组以永磁直驱和永磁半直驱同步发电机组两种技术路线为主,而永磁半直驱同步风机系统具有较好的性能和经济性,更适合目前我国海上风电行业的发展现状。     

全功率变流风力发电系统电压跌落响应特性研究

随着风电机组数量的增加,电网故障时风机的动态响应越来越重要。利用madab／simulink,在建立采用永磁同步电机的直接驱动型变速恒频风电系统模型的基础上,分析了电网电压分别跌落30％-10s、50％-0．58s,85％-0．2s时永磁直驱式风电系统的动态响应。并搭建了实验系统,进行了实验验证。结果表明,直驱式风电系统在3种典型跌落情况下,具有良好的低压度过能力。     

基于DSVPWM的PMSG并联型GS-NSC研究

为提高九开关变换器直流侧电压利用率,减少开关损耗,采用一种不连续空间矢量脉宽调制（DSVPWM）,同时将九开关变换器用于直驱式永磁同步风力发电机（PMSG）网侧构成并联型网侧九开关变换器（GS-NSC）。在对并联型GS-NSC控制策略、故障穿越方案进行理论分析的基础上,建立PMSG并联型GS-NSC仿真模型,设计多种电网电压故障工况对其进行仿真研究。结果表明,在电网电压正常工况下,并联型GS-NSC可维持电网电流的正弦波特性。在电网电压跌落工况下,并联型GS-NSC可向电网注入无功电流辅助电网电压的恢复,并通过提升并网电流幅值减少卸荷电路的功率损耗,降低PMSG散热负担。在电网电压骤升工况下,并联型GS-NSC可动态分配直流母线电压,避免因直流侧过压而导致PMSG退出运行。     

分布式光伏发电系统改进虚拟同步发电机控制

提出一种计及分布式光伏发电系统源端输出功率波动特征的改进虚拟同步发电机(IVSG)控制策略。对单台虚拟同步发电机功率平衡方程特征值进行分析,明确了光伏电源的基本运行特性,确定了光伏电源稳定运行区域。在传统虚拟同步发电机(VSG)的基础之上进一步采用了直流电压稳定控制技术,提出改进的虚拟同步发电机控制策略。当光伏电源输出功率低于负载需求时起到抑制直流母线电压跌落、维持直流电压稳定的作用,实现按照负荷或并网功率需求进行功率匹配的目的。仿真与实验结果验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

Permanent-magnet machines

This paper explores the use of an interior permanent-magnet synchronous machine (IPM) as a source of controlled DC power. A three-phase diode rectifier converts the generated AC power into DC, which is further processed by a buck or boost DC-DC converter with a pulse-width modulation voltage controller for load voltage and output power regulation. The modeling and analysis of the generator system set forth are confirmed to accurately predict the generator characteristics by experimental results derived from a 2 hp interior permanent-magnet generator controlled separately by a buck and a boost DC-DC converter     

基于Matlab/Simulink的永磁直驱风力发电机组建模和仿真研究

以永磁直驱风力发电机组为研究对象,建立了包括风力机、传动部分、永磁直驱发电机、矢量控制策略、最大风能捕获策略的整体数学模型;应用Matlab/Simulink工具,以建立的数学模型为基础搭建了永磁直驱风力发电机组仿真模型,并以两次阶跃风速为例对所建模型并网后运行特性进行了仿真研究。实现了永磁直驱风力发电机组的最大风能捕获和功率解耦控制,仿真结果表明,永磁直驱风力发电机组具有良好的运行特性,同时验证了所建模型的正确性和有效性。     

Impact of hourly wind power variations on the system operation in the Nordic countries

The variations of wind power production will increase the flexibility needed in the system when significant amounts of load are covered by wind power. When studying the incremental effects that varying wind power production imposes on the power system, it is important to study the system as a whole: only the net imbalances have to be balanced by the system. Large geographical spreading of wind power will reduce variability, increase predictability and decrease the occasions with near zero or peak output. The goal of this work was to estimate the increase in hourly load‐following reserve requirements based on real wind power production and synchronous hourly load data in the four Nordic countries. The result is an increasing effect on reserve requirements with increasing wind power penetration. At a 10% penetration level (wind power production of gross demand) this is estimated as 1·5%–4% of installed wind capacity, taking into account that load variations are more predictable than wind power variations. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

风力发电系统输出功率随机波动的仿真分析

针对当前风力发电系统输出功率随机波动的问题,以永磁同步风力发电机(PMSG)与直流侧储能系统(钒氧化还原电池)整合的风力发电系统为基础,进行数字仿真建模,采用MATLAB/Simulink软件对固定负载,变化风速工况;固定风速,负荷瞬变工况;风速和负荷同时变化工况;进行了仿真试验和分析。结果表明,对于采用储能技术的风电场并网功率随机波动的平抑控制,可以利用蓄电池的充放电特性,在风速变化以及负荷瞬变时进行功率平衡的调节。     

抽油机用永磁同步电动机的研制及应用

针对目前永磁电动机在抽油机上使用存在的问题，我们联合研发了新一代适应抽油机工况的永磁电动机。本文介绍了抽油机用永磁同步电动机改进的创新点；通过室内、外试验，且与其他永磁电动机的比较证明了抽油机用永磁同步电动机的性能、特点都能满足抽油机的使用要求；在抽油机上使用具有很好的节能效果。     

Investigation of maximum wind power extraction using adaptive virtual lookup‐table approach

With the advance of power electronic technology, direct‐driven permanent magnet synchronous generators (PMSG) have increasingly drawn interests to wind turbine manufacturers. Unlike a fixed‐speed wind turbine, the maximum power extraction of a PMSG wind turbine is affected by (1) electrical characteristics of the generator, (2) aerodynamic characteristics of the turbine blades, and (3) maximum power extraction strategies. In an environment integrating all the three characteristics, it is found in this paper that the existing commercial lookup‐table maximum power extraction mechanism suitable to a DFIG wind turbine is not suitable to a PMSG wind turbine. Through the integrative study of all the three characteristics, this paper proposes a novel PMSG maximum power extraction design. The special features of the proposed strategy include (i) an adaptive virtual lookup‐table approach for PMSG maximum power extraction and (ii) an implementation of the peak power‐tracking scheme based on a novel direct‐current vector control configuration. The proposed maximum power extraction mechanism with a nested speed‐ and current‐loop control structure is built by using MatLab SimPowerSystems. Simulation studies demonstrate that the proposed PMSG peak power‐tracking strategy has superior performance in various aspects under both stable and gust wind conditions. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Optimum control strategies in energy conversion of PMSG wind turbine system without mechanical sensors

The amount of energy obtained from a wind energy conversion system (WECS) depends not only on the characteristics of the wind regime at the site, but it also depends on the control strategy used for the WECS. In order to determine the gain in energy derived from one concept as compared against another, models of several autonomous WECS have been developed using Matlab Simulink software. These allow easy performance evaluations and comparisons on different control strategies used, and determine the amount of energy injected to the grid in the case of the grid-connected systems. This paper also proposes a prototype version of the control strategy of a 20-kW permanent-magnet synchronous generator (PMSG) for maximum power tracking and compares with the results produced by previous strategies. Advantages of this mechanical sensorless control strategy for maximum power estimation are demonstrated by digital simulation of the system.