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。     

双PWM全功率变流器机侧控制策略研究

双脉宽调制(PWM)全功率变流器机侧的开关频率低,其电流谐波含量高,且同步电机反电动势中产生了大量谐波.为了降低发电机的铜铁损耗,降低系统成本,弱化网侧滤波器设计的难度,抑制机侧谐波具有重要意义.传统比例积分(PI)调节器难以抑制直驱永磁同步发电系统机侧谐波,针对这一现象,提出将PI与准比例谐振(PR)调节器联合,形成新型的调节器,并在转子定向的旋转坐标系下对定子电流特定次谐波进行了抑制.运用PSCAD/EMTDC软件进行了仿真验证,结果表明:采用经典PI控制时,机侧电流谐波含量为17.28%;采用新型调节器时,机侧电流谐波含量为5.86%.同时,通过分析实验结果验证了该机侧控制策略的可行性,可有效地抑制机侧谐波.     

大型直驱永磁风力发电机及其并网运行研究

为了研究大型直驱式永磁风力发电机控制及其并网后在电力系统中的运行,建立了风速模型、发电机模型,对直驱式永磁风力发电机的工作原理进行了研究,对风力发电机接入电网运行进行了分析,并对最大功率跟踪和桨距角控制进行了研究.采用理论分析与计算机仿真方法,给出了仿真结果.结果表明,直驱永磁风力发电机在低于额定风速时可以跟踪最大功率,高于额定风速时可以保持额定功率;直驱式永磁风力机对故障电流无贡献,对电网谐波影响很小,几乎不存在闪变问题,对电网频率稳定性无贡献.     

小型风力发电机电磁设计特点

文章分析了小型风电机组用的永磁同步发电机的电磁设计特点,并与其他普通永磁电机区别,详细介绍了永磁同步发电机各个电磁参数的特点以及对发电机性能的影响。重点介绍永磁同步发电机定子、转子设计的特点,对不同的极数与槽数的配合进行对比分析,总结降低齿槽转矩的规律。     

考虑低电压穿越影响的双馈感应 发电机谐波电流特性

双馈感应发电机（DFIG）作为当前应用最广泛的风力发电机,其特殊的结构使其故障运行特性十分复杂,尤其在低电压穿越（LVRT）运行状态下,已对电网安全运行和保护控制的顺利实施造成一系列影响。目前对DFIG的短路电流特性已有大量研究,但是针对定转子电流谐波特性的研究还鲜有报道。考虑LVRT的影响,对电网不对称故障情况下DFIG定、转子谐波电流的特性进行研究。从电磁暂态过程的角度详细推导了Crowbar动作后的DFIG定子谐波电流的解析表达式;在Crowbar未动作时,从转子侧变流器影响机理出发,研究了由变流器控制引起的定、转子谐波电流的产生机理。所得结论通过仿真进行了验证     

不同结构风力永磁同步发电机系统的优化设计与对比

以直驱和齿轮箱驱动的风力永磁同步发电机系统为研究对象,采用实数编码遗传算法对系统进行优化设计,并用有限元方法对优化结果进行验证。通过对不同驱动链结构以及不同功率等级风力永磁同步发电机系统的成本、年发电量、损耗及效率等特性进行优化设计与分析,结果表明:直驱式风力永磁同步发电机系统的年发电量最高,一级齿轮箱驱动的风力永磁同步发电机系统经济性最好,三级齿轮箱驱动的风力永磁同步发电机系统没有明显优势。     

永磁风力发电机动态温度场的测试与分析

针对永磁风力发电机在运行过程中出现的高温失磁现象,采用专业的FLIR红外热成像仪采集了各工况下永磁风力发电机的外壳、定子、磁钢及转子温度场,并利用Tecplot软件对试验数据进行后处理.通过对比分析温度分布图,得出了永磁风力发电机动态温度场的分布规律,在此规律下对采用的永磁材料NdFeB的动态性能进行分析,提出了永磁风力发电机动态失磁的条件、原因及优化改进温度场分布的可行性意见,为今后永磁风力发电机的设计、生产提供了参考数据和防失磁技术的研究依据.     

永磁同步风电机组发电机定子温度建模方法

针对山地风电场大型永磁同步风电机组发电机定子温度的变化特点及传热过程进行分析,提出一种基于风电机组SCADA数据的发电机定子温度建模方法。首先,分析风电机组在实际运行过程中定子温度的变化情况;然后,根据永磁同步发电机内部的传热过程,对发电机定子温度建模;最后,采用风电机组正常运行时的SCADA数据求解模型参数。实例分析表明,风电机组状态正常时,定子温度估计的平均误差绝对值为0.59 ℃,模型精度较高;风电机组状态异常时,模型温度估计的平均误差绝对值为5.17 ℃,精度显著降低。     

永磁同步风力发电机转速桨距综合功率控制策略研究

控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键,文章在分析变速变桨距风力发电机特性的基础上,针对永磁同步风力发电机,提出了一种综合控制策略,研究了变桨距控制和基于转速外环、电流内环的电机侧矢量控制;并且对描述发电机工作过程的风速模型、空气动力学模型、机械传动模型、发电机模型、控制系统模型等进行了研究,基于Matlab/Simulink搭建了模型,对风速变化时机组运行情况进行了仿真,验证了所建模型的合理性及控制策略的正确性。     

基于弱磁控制的5.5MW风力发电机组过载性能的研究

为进一步提高5.5 MW高速永磁风力发电机组（WTGS）电气系统的过载能力,在建立弱磁控制数学模型的基础上,详细研究基于弱磁控制的5.5 MW WTGS过载性能。根据当WTGS遇到阵风时,风机无法及时回桨导致风机超速过载的特性,本套电气系统采用了弱磁控制。利用弱磁控制可以及时调节永磁同步发电机（PMSG）定子电流的优点,既提高输出功率和增加转速范围,又降低过载时过电压、过电流对WTGS电气系统的危害。通过某5.5 MW WTGS电气系统的过载试验,验证了在高速永磁类风机的过载性能方面弱磁控制有明显的优势。     

基于模糊控制的双馈发电机并网控制策略分析

针对风力发电传统并网方式的缺陷,提出了模糊PI控制器与电压环、电流环和矢量控制相结合的新型控制策略,通过Matlab/simulink平台搭建并网控制仿真模型,发现双馈风力发电机定子电压的频率、幅值、相位比传统并网方式更接近电网电压,实现了无冲击并网的目的,并验证该控制策略的正确性和优越性。     

基于改进滑模观测器的永磁风力发电机无传感器控制策略

为了获得准确的发电机转速和转子位置信息,提高无机械传感器永磁风力发电机系统驱动性能,针对传统滑模观测器高频抖振与谐波误差问题,采用Sigmiod函数代替不连续符号函数的方法,建立一种基于改进滑模观测器的永磁风力发电机无传感器控制模型,并依据噪声消除原理,提出一种自适应陷波滤波器结合正交锁相环的方法。该方法能自适应补偿估计电动势中的谐波,消除相应的位置估计误差;根据所估计的位置信息,利用最小均方算法,对自适应陷波滤波器的谐波系数进行连续自整定。最后,利用1.2 MW永磁风力发电系统进行仿真,结果表明,所提方法不仅能有效抑制系统抖振与谐波,而且能提高转子位置与转速动态跟踪精度,保证观测器鲁棒性。     

风电场变速恒频风力发电机之间谐波扰动研究

变速恒频风力发电机在工作过程中会产生谐波,当双馈异步风力发电机风速达到切入风速时,并入电网的双馈异步风力发电机与其他直驱永磁风力发电机之间会因为功率传递产生谐波扰动,文章研究分析了此问题,并根据瞬时无功理论和其他风力发电有关理论在Matlab中进行建模和仿真,仿真结果表明亚同步发电状态双馈异步风力发电机会因为功率传递受到正常工作直驱风力发电机的谐波扰动,扰动会随着风力发电机数量的增多而加剧。     

双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析

针对传统矢量定向控制下双馈异步风电机组表现为电流源特性无法向电网提供转子的固有惯性,继而加剧现有电力系统转动惯量降低的问题,研究了具有并网友好性的虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用。以双馈风力发电机为研究对象,在建立风机小信号等效模型的基础上,研究分析其虚拟同步发电机控制策略,使双馈风电机组具有更大的惯量和频率支撑能力,采用定子电压外环和转子电流内环的双闭环控制,提高瞬时值跟踪能力。根据建立的频域模型分析了虚拟同步发电机参数对稳定性的影响,并给出了参数设计方法。最后,利用搭建的仿真模型验证了所提方法的有效性和可行性。     

大型永磁风力发电机绕组短路主保护配置方案研究

定子绕组短路主保护配置方案的选择是大型发电机安全可靠运行的前提。文章首先分析了大型永磁风力发电机定子绕组短路故障类型和数目,主要是对GW82-1500永磁风力发电机绕组的故障类型、位置和数目做出统计。然后通过有限元法,计算出发电机绕组短路时各相及各分支电流,进而对各种差动保护的灵敏度进行分析计算,得出主保护装置动作时易致保护死区的位置。根据匝间短路和相间短路的分析结果,总结了灵敏度变化规律,在此基础上,提出了GW82-1500发电机绕组主保护配置方案。     

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。     

叶轮质量不平衡故障下双馈风力发电机特性分析

针对双馈风力发电机组叶轮质量不平衡故障展开研究,综合考虑机组最大风能追踪控制策略(MPPT)以及转子侧矢量控制策略,分析叶轮质量不平衡故障对双馈风力发电机电气特性的影响,推导转子电流的解析表达式,并得出定子电流和功率的变化特性。然后在Matlab/Simulink平台进行仿真,并通过实验进行验证。仿真和实验表明,叶轮质量不平衡故障时双馈风力发电机功率发生波动,频率为叶轮转频及其倍频;定、转子电流中除基波外还包含调制谐波,调制频率为叶轮转频及其倍频。     

非正弦反电势五相永磁同步电机容错矢量控制

多相永磁同步电机驱动系统具有较强的容错运行能力.以非正弦反电动势五相永磁同步电机为研究对象,在缺一相故障下,通过降阶变换矩阵,分别构建基波和三次谐波空间同步坐标系下的转矩方程;同时,为消除故障后产生的二、四次转矩脉动,分析三次谐波电流注入率选取的方法,并根据最小铜耗及最大转矩原则对参考电流进行优化;针对传统PI控制器无...     

基于自适应模型预测的风电场低压穿越控制机制研究

风电场并网需满足并网导则的电压要求,双馈型风电场的无功功率输出主要来源于风力发电机网侧换流器、风力发电机定子和静态同步补偿器,因此在风电并网过程中,特别是低压穿越过程中,须要调节三者的无功功率输出,来保证风力发电机并网的可靠性。文章在建立无功功率调节方式数学模型的基础上,实现低压穿越过程中3种无功补偿方法的协同参与,并利用自适应模型控制风力发电机的定子。此外,根据电压的跌落情况,确定风力发电机网侧换流器和静态同步补偿器的无功功率输出,进而确定风力发电机定子控制过程中的最优化跟踪目标函数,以实现多种无功功率调节方式的协同参与。最后,利用风电场单机等值模型仿真结果对自适应模型预测方法进行验证。分析结果表明,相比于传统模型预测控制方法,采用自适应模型预测控制方法后,风电场静态同步补偿器的输出功率减小了14%。     

基于附加电流控制的并网逆变器输出谐波抑制策略

针对并网逆变器（VSC）在间谐波电压下的谐波电流问题,提出一种基于附加电流控制的VSC输出谐波抑制策略。首先,建立VSC在电网电压畸变工况下的数学模型;然后,在传统矢量控制的基础上附加谐波电流反馈控制环路,形成基于附加电流控制的输出谐波抑制策略;最后,设计附加电流控制器的型式和参数,并基于VSC样机进行测试验证。实例分析表明,所提VSC控制策略可提升VSC入网电流对电网电压畸变的抗扰能力,同时抑制VSC整数次谐波和间谐波电流。