开绕组无刷双馈风力发电机的直接功率控制研究

为了提高无刷双馈风力发电机系统的控制灵活性和故障冗余能力,进一步减小所需变频器容量,实现最大功率跟踪,提出一种具有开绕组结构的无刷双馈风力发电机及其直接功率控制系统。将无刷双馈发电机(brushless doubly-fed generator,BDFG)的控制绕组端设计为开绕组结构,采用双端供电式级联型两电平逆变器与控制绕组两端连接对开绕组BDFG(open-winding BDFG,OW-BDFG)进行励磁,可对各相控制绕组电流进行独立控制。针对该种由双逆变器馈电的OW-BDFG,提出采用混合矢量直接功率控制(direct power control,DPC)方法以实现最大功率跟踪,该种控制方法结构简单,计算量小,且无需观测磁链大小,实时性好。最后,通过仿真研究验证所提出OW-BDFG直接功率控制系统的有效性和可行性。     

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。     

无刷双馈风力发电机滑模功率解耦控制

首次采用现代控制理论中的滑模变结构方法研究了无刷双馈发电机(BDFM)运行时有功功率与无功功率的解耦控制,在状态方程的基础上,应用Lyapunov函数求得了有功功率与无功功率的滑模控制律,并在Matlab/Simu-link基础上建立了系统的仿真模型。仿真结果表明,滑模变结构控制能够有效的实现有功功率与无功功率的解耦控制,并实现了风能的最大功率捕获,证明了该控制策略的有效性。     

无刷双馈风力发电机的变速恒频最大功率跟踪

针对风力发电用变速恒频无刷双馈发电机系统,提出采用直接转矩控制方法,通过控制无刷双馈发电机的转矩和功率因数来调节其有功功率,采用最大功率因数原则设定控制绕组的磁链给定,以提高发电效率,改善电能质量,且在估计转矩时使功率绕组侧输出电压在并网前满足并网条件,以同时实现最大功率跟踪控制和变速恒频运行。此外,为了改善无刷双馈发电机直接转矩控制系统的低频性能,采用模型参考自适应辨识技术来设计控制绕组的磁链观测器,以控制绕组的电流作为比较信号,同时考虑控制绕组的电阻变化对磁链观测的影响,并利用Lyapunov稳定性定理来推导自适应率。最后通过仿真分析和实验研究验证了所提出控制方案的正确性和可行性。     

无刷双馈风力发电机的理论分析

介绍了无刷双馈发电机的结构和变速恒频发电原理。从电机稳态模型出发,分析了无刷双馈电机作为变速恒频发电机在各种不同转速范围内各定、转子间的能量传递关系,得出了无刷双馈电机适用于风力发电的结论。     

基于改进PSO的无刷双馈风力发电机优化设计

以无刷双馈风力发电机(BDFG)为研究对象,建立BDFG的优化设计模型,提出相应的优化目标、优化变量和约束条件。针对粒子群优化(PSO)算法易出现早熟收敛及陷入局部最优的现象,提出一种全参数振荡粒子群优化(OAPS-PSO)算法。在此基础上,采用OAPS-PSO算法对一台5 k W的BDFG样机进行优化设计,分别以有效材料成本最低和平均效率最高为优化目标,得出两套BDFG优化方案。结果表明,通过优化可使样机的有效材料成本下降6.9%或平均效率提高3.3%,说明该文提出的OAPS-PSO算法可有效应用于BDFG的优化设计。     

变速恒频无刷双馈风力发电机的直接转矩控制

针对变速恒频无刷双馈风力发电系统,分析无刷双馈发电机的最大吸收功率与转速之间的关系,提出采用直接转矩控制方法,通过控制发电机转矩和功率因数来调节其有功功率,进而实现最大风能捕获,提高发电效率。此外,还针对无刷双馈发电机内部磁场关系复杂的特点,提出一种新型的速度观测方法,以两相静止坐标系作为参考坐标系,通过估算转子磁链同步旋转速度和转差速度来估测发电机转速,进而实现无速度传感器控制,以提高系统可靠性。由仿真结果可以看出,通过快速调节发电机转矩可以有效获得最大吸收功率,所设计的速度观测器也能快速准确地估算出发电机转速。     

级联式无刷双馈变速恒频发电机控制策略的仿真研究

通过对级联式无刷双馈发电机(CBDFG)转子机械速dq坐标系下的数学模型进行建模和仿真,验证了其具备良好的变速恒频发电性能,为进一步研究CBDFG的变速恒频控制策略引入磁链矢量定向控制(FOC)方法.首先建立了CBDFG定子同步速MT坐标系下的数学模型,并由此推导出一套基于磁链定向控制思想的CBDFG控制策略,利用NMaqtlab/Simulink工具和S函数编写构建系统仿真模型,并进行了空载运行、负载运行和空载并网仿真研究,仿真结果验证了该控制策略的正确性.     

级联式无刷双馈发电机的仿真研究

介绍了级联式无刷双馈发电机的结构和发电原理,根据异步电机的电压方程和坐标变换理论,推导出无刷双馈电机的转子机械速dq坐标系下的数学模型,并进行了Matlab建模和仿真.仿真结果验证了该数学模型的正确性,并为级联式无刷双馈变速恒频发电系统的进一步研究提供了理论基础.     

无刷双馈发电机模糊PI无速度传感器控制

为克服无刷双馈发电机(BDFG)常规模型参考自适应无速度传感器控制的不足,增加控制器的通用性,提出模糊PI控制策略,在线调整PI参数,优化速度的估计。基于Matlab/Simulink建立小信号仿真模型,仿真结果显示该文提出的模糊PI自适应速度观测器在静态情况下能精确辨识电机速度,在动态时有较好的快速性,系统有较强的鲁棒性。在实验室BDFG平台上进行对比实验,仿真和实验均验证了模糊PI控制方案的优越性。     

基于无源化方法的双馈感应风力发电机功率控制

针对目前感应电机无源性控制方法的不足,提出一种基于无源化方法的双馈感应风力发电机功率控制方案。该方案从功率控制的角度考虑,设计新的状态期望值计算方法。根据定子端有、无功功率目标值直接计算出定子电流的期望值,从而实现有功功率和无功功率的独立控制;然后结合定子电压方程计算出转子电流参考值。此计算方法无需给定定子磁链,从而可避免给定定子磁链不准确而引起定、转子电流及定子磁链跟踪误差的问题;设计定子电流反馈控制器,不仅可改善系统的无源性,且可提高定子电流和定子磁链的跟踪性能。仿真结果表明所提控制策略是有效的。     

无刷双馈风力发电机的自抗扰解耦控制

针对无刷双馈电机(BDFM)结构的复杂性、随环境的可改变性及传统的PID控制在BDFM中应用不理想等,提出了一种新型基于扩张观测器的非线性PID控制——自抗扰控制方法来实现对风力发电系统有功功率和无功功率的解耦控制。仿真结果证明了该方法的正确性和有效性,具有更强的鲁棒性和可实现性。     

基于MRAS的双馈风力发电机无速度传感器直接转矩控制

针对速度传感器安装不方便、成本高,磁链观测对电阻依赖性强的问题,提出一种基于模型参考自适应策略的速度、电阻自适应转子磁链观测器,该观测器以转子电流和转子磁链为状态变量,应用李雅普诺夫稳定理论获得转速自适应律,实现转子转速和定子电阻辨识.建立了Matlab/Simulik环境下的双馈风力发电机无速度传感器直接转矩控制系统的仿真模型,仿真结果表明该方法可实现转子磁链的精确辨识,有效减少双馈发电机的定子电阻对系统特性的影响,提高了系统的稳定性和鲁棒性.     

变速恒频无刷双馈发电机集成耦合参数辨识

由于无刷双馈电机模型的复杂性,其绕组参数难以识别,该文基于无刷双馈电机结构特点,提出一种集成耦合参数的辨识方法。该方法基于控制模型推导绕组间电压、电流的关系,测量稳态时无刷双馈电机的电气量,计算获得控制绕组侧集成耦合参数。该方法绕开了对电机绕组参数直接辨识困难的问题,能直接用于控制器设计。最后在30 kW无刷双馈电机实验平台上进行实验验证,实验结果表明所提方法具备可行性和有效性。     

双馈风力发电机的频率控制策略研究

提出了双馈风电机组参加频率控制的2种控制策略,惯性控制策略和下降速率控制策略,建立了2种控制策略下的双馈机组的控制器模型.为充分发挥双馈发电机和常规发电机的快速功率调节能力,下降速率控制策略采用冲失滤波器提取频率变化的高频信号做为双馈发电机的频率输入信号,并对双馈机组的控制参数提出了基于ISE优化设计方法.建立了含风电机组的两区域AGC控制系统模式,进行了负荷扰动仿真,对2种控制策略下的系统动态性能进行了比较.仿真结果表明,基于下降速率的控制策略可以使双馈风电机组在频率调节中充分发挥有功调节作用.     

变论域模糊控制的无刷双馈风机调速系统的仿真研究

基于无刷双馈电机具有结构简单、所需变频器小等优点,根据无刷双馈电机基于转子速d-q双同步坐标系下的数学模型,借助Matlab/Simulink仿真软件搭建了无刷双馈电机的仿真模型,提出和设计了变论域模糊控制器并用于无刷双馈电机的转速调节.仿真结果表明,该控制方法有助于提高调速系统的调节时间、增强系统鲁棒性.     

变速恒频无刷双馈风力发电机的建模与仿真

建立了包括风速、风力机和风力机机械控制部分、变速恒频无刷双馈风力发电机的整体动态数学模型：应用MATLAB软件中的SIMULINK环境,以建立的数学模型为基础搭建了变速恒频无刷双馈风电机组仿真模型。以渐进风和随机风为例．对仿真模型进行分析。仿真结果表明了变速恒频尤刷双馈风力发电机良好的运行特性及模型的正确性,并为无刷双馈电机在风力发电系统的进一步应用研究提供了可靠的理论依据。     

无刷双馈风力发电机组的自抗扰功率解耦控制

对无刷双馈风力发电机组稳态运行时的功率分配关系进行了详细分析,在此基础上确定了最大风能捕获的控制策略.将自抗扰控制应用到无刷双馈电机有功功率与无功功率的解耦控制,将功率控制系统分解为有功功率子系统和无功功率子系统,从而建立了风力发电机组完整的功率控制模型.基于Matlab/Simulink的仿真结果表明无刷双馈风力发电机组自抗扰控制成功实现了有功功率与无功功率的解耦控制,不仅能够实现最大风能捕获,而且可以根据电网的实际需求调节机组无功功率的输出,验证了控制算法的有效性.     

双馈风力发电机并网新型控制策略分析

通过研究已有的风力发电机空载并网控制的文献,指出定子磁链并网控制策略的不足之处,提出了电网电压并网控制策略,同时通过试验设计了并网前相位与相序的检测方法。通过仿真发现,在此控制策略下,双馈风力发电机定子侧的电压在频率、幅值、相位上接近电网电压,达到了无冲击并网的目的,验证了此控制策略的正确性和有效性,是空载并网方式的一种理想的控制策略。