变速运行的定子双绕组感应电机发电系统控制技术研究

针对宽转速运行的定子双绕组感应电机(dual stator winding induction generator,DWIG)发电系统的电压控制机理进行研究。基于瞬时功率理论,推导出按控制绕组磁场定向时控制绕组的瞬时功率,在此基础上分析了带整流桥负载的定子双绕组感应电机发电系统在宽转速运行时的电压调节机理,即：控制绕组电流在控制绕组磁场及其法线上的分量,分别决定着发电系统功率绕组整流桥直流侧电压和控制绕组静止励磁控制器(static excitation controller,SEC)直流侧电压,据此提出宽转速运行时DWIG发电系统电压控制策略。对一台18 kW定子双绕组感应电机发电系统进行了仿真和实验研究,证明了理论分析和控制策略的有效性。     

基于直接功率控制的定子双绕组感应发电机系统电压调节技术

分析了定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator,DWIG)系统电压控制机理,并由此揭示了控制绕组瞬时功率对系统电压的影响,在此基础上提出了DWIG发电系统的直接功率控制策略,即根据控制绕组端电压所在的扇区和功率滞环比较器的输出,选取优化开关表中合适的电压矢量,以对控制侧瞬时功率实施直接控制。该控制结构由控制绕组指令功率生成、控制绕组瞬时功率计算、功率滞环及优化开关表等模块组成,该文对其进行了详细分析。在一台18 kW原理样机系统上的试验结果证明了该控制策略的有效性。     

带整流桥负载的定子双绕组感应发电机系统宽转速运行时的稳态特性

针对带整流桥负载的定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator, DWIG)系统在宽转速范围内运行时的稳态运行特性进行了研究。建立了带电容滤波的整流桥负载的DWIG系统数学模型,指出整流桥负载是具有容性的非线性负载,提出了采用数学仿真的方法进行励磁电容的选取以降低变换器容量。采用控制绕组端电压定向的控制策略,对一台18 kW、270 V带整流桥负载的DWIG系统在变速时稳态规律进行了仿真和实验研究,结果表明发电机系统能够在4 000~8 000 r/min宽转速范围内稳定运行,控制绕组最大功率为功率绕组额定输出功率的37%,控制绕组电流的最大有效值为功率绕组电流额定值的21%,与输出功率比较,实现了大幅度降低控制侧变换器容量的目的。     

间接磁场定向控制的定子双绕组感应电机风力发电系统

针对低转速下运行的定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统,提出了一种简单易实现的控制绕组间接磁场定向控制策略.该定向方法忽略控制绕组的阻抗压降,以与控制绕组电压矢量正交的方向作为矢量控制的定向基准,使系统的电压调节控制得到了简化.省去了直接磁场定向控制的复杂积分运算,仅需控制绕组电压采样及简单的2/3坐标变换.采用滞环电流控制策略调节系统的输出电压,在一台750 r/min、20 kW DWIG样机上进行了仿真和实验研究,证明了理论分析和该定向方法的正确性和有效性.     

宽风速运行的定子双绕组感应电机风力发电系统励磁电容的优化方案

将控制侧静态励磁控制器(SEC)的直流母线端和功率侧整流桥的输出端通过功率二极管并接起来,可使定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统在宽风速范围内输出恒定的高压直流。鉴于新拓扑和新系统控制策略的特殊性,本文详细分析了系统在高低风速两种运行状态下的控制绕组电流变化规律,并在此基础上以SEC容量最小为目标,研究了新系统的励磁电容优化方案。方案运用Simulink仿真得到励磁电容变化对控制绕组电流的影响,并依据仿真结果运用循环计算和实验验证相结合的方法,最终得到最优的励磁电容值及最佳的切换转速。实验结果证明了该优化方案的正确性和有效性,新系统在保持SEC容量为电机额定功率1/3的情况下实现了宽风速运行,充分利用了低风速下的风能。     

定子双绕组感应电机风力发电系统的低电压穿越特性分析

通过发电机控制绕组侧的励磁变换器灵活调节系统所需的励磁无功功率,定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统可在宽风速范围内输出稳定的高压直流,无需增加升压变换器即可并网运行,并且系统的控制策略有助于提高系统对电压跌落等故障的穿越能力。文中通过构建并网型DWIG风力发电系统的Simulink仿真模型,对系统运行在各种功率因数状态下的跌落特性及跌落期间对电网的无功功率支持进行全面仿真。结果证明,无需增加额外的卸载单元,DWIG风力发电系统即可实现较强的低电压穿越能力,在不同功率因数下均能稳定安全运行,且能在电压跌落故障期间提供一定的无功功率支持。     

基于瞬时转差频率控制的定子双绕组异步电机变频交流发电系统

研究了一种基于定子双绕组异步电机(DWIG)的变频交流发电系统,根据功率平衡思想提出了该变频交流发电系统的瞬时转差频率控制策略。该策略省去了复杂的坐标变换和影响动态性能的电流环,综合考虑了输出电压和输出电流二者的变化信息,利用电压矢量去调节发电机的瞬时转差频率,进而改变电磁转矩,保证输出电压稳定。在一台15 kW样机上进行了一系列实验研究,实验结果证明了该变频交流发电系统的可行性和控制策略的有效性。     

电网电压跌落下无刷双馈发电机低电压穿越控制

电网电压跌落的瞬间,风力发电机定子和转子产生冲击电压和冲击电流,对电网安全造成影响。为实现无刷双馈风力发电机低电压穿越,保证风电机组在电网电压跌落下不间断运行,对电网电压跌落下无刷双馈发电机定子电压和电流进行暂态分析,搭建了无刷双馈发电机在功率绕组静止坐标系下的数学模型,推导并分析了电网电压跌落瞬间其功率绕组磁链、控制绕组电压动态变化过程,并提出一种积分滑模直接功率控制与故障穿越控制相结合的控制策略,完成无刷双馈发电机低电压穿越控制。通过MATLAB/Simulink和半实物仿真试验平台进行验证,仿真和试验结果证明所推导功率绕组磁链和控制绕组电压动态变化过程的正确性及控制策略的有效性,该控制策略有效抑制了定子控制绕组侧电压和电流畸变,提高了无刷双馈发电机的低电压穿越性能。     

宽转速运行的定子双绕组异步电机风力发电系统低速轻载运行时的效率优化控制策略

为有效利用低风速区风能,拓宽风能利用范围,对宽转速运行的定子双绕组异步电机(DWIG)风力发电系统低速轻载运行时的效率优化问题进行了研究。简述了该发电系统的拓扑结构和低速运行时的电压控制原理,分析了DWIG低速运行时效率优化控制的基本原理及特殊性,推导了考虑铁损的DWIG数学模型,建立了DWIG损耗模型,获得了最优磁链求解方程,进而提出了一种基于DWIG损耗模型的效率优化控制策略,并给出了具体实现方法。样机实验结果表明,该效率优化控制策略是正确、有效的,它不仅能使系统保持低速运行输出额定电压的优势,而且还能明显提高系统低速轻载运行的效率,从而实现了低风速区风能的有效利用。     

独立无刷双馈发电机无速度传感器直接电压控制

无刷双馈发电机是一种新型的交流感应发电机,它的定子中包含两套极对数不同的绕组(功率绕组和控制绕组)。针对BDFG独立发电系统,提出了一种无速度传感器直接电压控制策略,通过调节控制绕组电流使功率绕组电压跟踪其参考幅值和相位,并在一台额定功率为30kW原型BDFG上进行了实验验证。实验结果表明,当BDFG的转速和负载变化时,该控制策略具有良好的动态和稳态性能。该控制策略除省去了速度传感器外,还实现了输出电压幅值和频率的独立控制,因此它也具有很强的鲁棒性。     

定子双绕组感应电机风力发电系统励磁电容的优化选取

在定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统中,励磁电容的优化选取对控制绕组励磁变换器(SEC)容量的最小化具有重要作用,它不仅与发电机参数、转速范围有很大关系,同时还受风力机功率曲线和负载性质的影响。本文以SEC容量最小化为目标,在分析该发电机励磁无功变化规律的基础上,研究了励磁电容优化选取的原则,采用图解法和迭代法得到带阻性负载下的优化励磁电容值。考虑到整流负载的非线性因素,利用仿真法对该值进行合理调整,最终得到带整流负载所需的优化励磁电容值。在一台18kW带整流负载的DWIG样机系统上进行了实验验证,结果表明,系统在宽转速范围内能稳定运行,励磁变换器容量约为额定输出功率的1/3,实现了励磁变换器容量最小化。     

不同控制策略下定子双绕组感应发电机稳压效果与运行特性分析

针对基于两状态优化开关表的直接功率控制策略的不足,提出了基于三状态优化开关表的直接功率控制策略(IDPCS)。在此基础上,在定子双绕组感应发电机(DWIG)轻载建压、转速变化及负载突变工况下,针对IDPCS与滞环电流控制策略(HCCS)的动态和静态稳压控制效果进行了对比分析,进而对DWIG在上述2种控制策略下的空载调节特性、负载调节特性及效率特性进行了比较。结果表明,无论采用何种控制策略,DWIG均能实现建压,在转速变化、负载突变等工况下均能实现恒压输出,且DWIG运行特性的变化规律一致;HCCS的动态与静态稳压控制效果均优于IDPCS,且随转速升高两者的稳压控制效果均逐渐改善;与HCCS相比,采用IDPCS可使DWIG效率更高,尤其在高速情况下。     

定子双绕组感应发电系统的滞环电流控制方法

提出了一种基于空间电压矢量的适用于定子双绕组感应发电系统的滞环电流控制新方法.该方法将滞环控制与空间电压矢量PWM控制相结合,根据控制绕组的电流误差矢量与参考空间电压矢量的区域分布,选择最佳的电压矢量运行,使各相电流误差被限定在给定滞环内,准确跟踪各相给定电流,实现静止励磁控制器三相桥臂间的关联控制,消除相间影响.该方法实现简单,即能限制开关频率,又能有效减小电流误差,改善电流跟踪性能.实验结果证明了该方法的正确性和有效性.     

定子双绕组感应发电机系统建模与实现

针对电力电子变换器控制的新型定子双绕组感应发电机(DWIG),从有功和无功电流的角度分析了系统的工作原理.根据旋转d-q坐标系下简化的数学模型,建立了系统的传递函数,进而设计了PI调节器的参数,通过设计的参数,大大缩短了仿真与实验的调试时间.在Matlab/Simulink下的仿真结果和实验结果,验证了模型的正确性和PI参数设计的合理性.