直驱式永磁同步风力发电动态特性的研究

风力机的特性不仅包括静态特性,还包括动态特性。其中动态效应主要包含风的剪切效应(Wind Shear)及塔影效应(Tower Shadow)。在建立完整的直驱式永磁同步风力发电机组的模型基础之上,详细研究了由于风剪、塔影效应引起的转矩脉动量对直驱式永磁同步风力发电系统稳定性的影响。运用等效气动转矩的思想完善了传统风力机的模型,使其更加接近实际情况。在Matlab／Simulink中建立了永磁直驱风力发电机组（Directly Driven Wind Turbine With Permanent Magnet Synchronous Generators,D-PMSG）仿真模型,并对不同风速时机组运行情况进行了仿真。结果验证了风剪、塔影效应引起的转矩脉动频率为风力机旋转频率3倍的结论。仿真结果对于直驱式永磁同步风力发电有着更为实际的意义。     

双馈风力发电系统3次功率脉动的研究

为研究风剪、塔影效应引起的转矩3次脉动对风力发电系统的影响,设计了包含风剪、塔影效应的风机动态模拟器,提出了转矩指令动态补偿的转矩模拟方案,并建立了整个双馈风力发电系统对拖模拟平台。依据等效风速原理,对风机的风剪、塔影效应进行了定量分析与模拟,详细研究了由于风剪、塔影效应引起的3次转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响。仿真结果验证了文中理论分析的正确性和有效性。     

考虑塔影与风切变的永磁同步风电系统最大风能跟踪控制策略

为了保证风电机组高效稳定运行,通过在转矩控制环节中引入模糊变增益的转速补偿转矩,有效地减轻了由塔影效应、风切变、风速中的随机脉动分量引起的风力机输出的机械转矩波动与按照最优叶尖速比法计算的参考转速的波动对永磁同步风力发电系统的影响,抑制了风电系统的低频震荡并保证了系统的稳定性。当考虑到轴系的摩擦损耗时,为了真正地实现最大风能跟踪,通过对最优叶尖速比进行修正,得出最大电磁功率所对应的准确的参考转速,使得机组运行在最大电磁功率对应的工作点处。在Matlab/Simulink下构建了直驱永磁同步风电系统的详细仿真平台,验证了该方法的正确性与有效性。     

一种新型高压永磁直驱风力发电变流器研究

通过升压变压器并网的永磁直驱风力发电系统越来越不能适应机组容量日益增大的风电发展趋势。对此提出一种新型无变压器的高压永磁风力发电系统,给出主电路关键参数的计算方法,并对其中H桥级联逆变器的脉宽调制(PWM)方法进行了介绍,最后搭建了一个基于三级级联的无变压器风力发电系统试验平台,验证了该方案的可行性。     

风电引起3p闪变的仿真分析

为研究风电机组风剪效应和塔影效应对电压闪变的影响,依据风剪效应和塔影效应的等效风速模型,建立了含风电电网的仿真模型,在MATLAB/Simulink中仿真分析了风剪效应和塔影效应引起的3p频率的电压闪变.由于IEC闪变测试系统在低频段存在误差,提出了基于Hilbert-Huang变换的闪变检测.通过仿真得到结论:风电机组塔影效应引起的电压波动和闪变的频率为风轮转速的3倍,闪变值随桨叶半径和桨叶旋转平面到塔架距离的增大而减小,随塔架半径的增大而增大,轮毂高度和风剪效应对闪变的影响很小.     

一种新型永磁同步风力发电系统的研究

为了提高风力发电能量转换效率以及降低成本,提出了一种新型的永磁同步电机变速恒频风力发电系统结构,并根据风力机特性,设计了一种最大功率点跟踪算法。该系统主电路由直流变换器及网侧SAPWM变换器构成,分析了这两部分的工作原理。根据实际条件提出了一种风力机定性模拟方法,在此基础上对整个系统进行了实验分析。实验结果表明,本系统能够较好地实现最大功率点跟踪以及高质量单位功率因数能量馈送。     

兆瓦级风力发电变换器通用控制平台的设计

双PWM变换器是兆瓦级风力发电中的关键部件.不同的用户对双PWM变换器的控制平台有着不同的要求,为缩短开发周期、增强扩展性,建立模块化、通用型硬件和软件平台,显得尤为必要.针对此问题,设计了一套基于32位定点数字信号处理器DSP(TMS320F2812)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)MAX7000S的全数字化控制平台.其考虑多种常用需求,建立主控制板和具有不同功能的独立子模块板,通过背板总线方式整合为统一整体,以实现模块化和通用化的目标.样机的实验结果验证了该设计的正确性和有效性.     

考虑风切和塔影效应的风力机风速模型

首先利用流体力学理论和指数(赫尔曼乘幂)公式推导并建立了三桨叶风力机扫风平面内含塔影效应及风剪切的风速模型,然后对此模型进行了化简,并对模型中各个参数的选择及模型的使用范围做出了解释,最后用Matlab软件对所建立的风速模型进行了对比和分析。该模型考虑了塔架半径、悬垂距离、叶片半径、轮毂高度、轮毂处风速、风剪切系数等因素。结果表明塔影效应相比风剪切对不均匀风速场的贡献更大。该模型简洁有效,适用于电力系统中时域的风力机仿真,为风力机扭矩、风力机控制、风力机载荷等相关研究打下基础。     

风力发电的数模混合模拟平台研究与实现

为了提高风力发电研究的灵活性和经济性,对风力发电模拟甲台进行了研究、设计和实现.分别对风速、风机和传动系统进行了建模.得出相应的数学模型.并用上位机软件进行模拟.通过对伺服屯机的控制和并网装置的设计.搭建了风力发电模拟平台.针对风力发电机组输出功率不稳定,容易造成无功补偿不足或过补偿等问题,提出并制定了补偿电容自动分组投切策略,使风力发电机组在不同风速下运行时,功率因数始终接近1.利用风力机模拟软件Bladed进行了仿真.实验结果证明该模拟平台可以准确地模拟实际风力发电机组的工况.     

一种应用于小型永磁同步风力发电系统的简单控制方法

提出了一种应用于小型风力发电系统的简单控制方法,该系统采用永磁同步发电机,利用廉价的二极管桥式电路整流,并增加了一个Boost电路,可以通过调节其占空比来控制功率的输出,因此简化了整个发电系统并大大降低了成本。     

基于PSIM的永磁风力发电系统仿真研究

通过对中小型直驱永磁风力发电系统的数学理论知识进行系统分析,在PSIM9.0仿真软件环境下,设计额定功率为3 k W的风力发电系统,完成风力发电系统模型搭建和背靠背双PWM控制回路设计,并进行仿真分析。仿真结果表明当风速变化的情况下,发电机侧输出功率稳定,逆变侧直流电压恒定,说明控制策略正确,系统稳定性良好,能达到预期的设计目标。为中小型风力发电系统进行系统性分析与研究提供了良好的平台和基础。     

永磁直驱风电变流器功率器件损耗分析

永磁直驱风力发电系统在低电压等级下多采用两电平变流器并联运行,而在中压等级下采用三电平变流器较为合适.在分析绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块损耗的基础上,根据两电平和三电平变流器的工作机理,建立了一套考虑结温效应的变流器损耗计算公式.对永磁直驱风力发电系统中并联两电平和三电平变流器的损耗进行了对比分析,分析结果表明,相对于并联两电平结构,三电平变流器的总损耗可减少27％.实验验证了三电平变流器功率器件开关状态的正确性,损耗分析为MW级风力发电系统中三电平变流器散热设计奠定了基础.     

双转子永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪控制

为了加宽工作风速范围,在低风速时也能建压,提高风能利用率,介绍了一种新型的双转子永磁同步风力发电机,在分析了双转子永磁同步风力发电机的工作原理、数学模型的基础上,提出了一种适合低风速的双转子永磁同步风力发电系统的最大风能跟踪控制策略.仿真结果证明了控制策略的正确性,并且控制简单,运行可靠,具有一定的理论意义.     

风电接入对海上油田平台电网稳定性的影响

孤立电网接入风电可以节约燃料,降低运行成本。受风电特性的影响,风电穿透功率使电网在节约燃料的同时,也对电网稳定性造成了很大的影响。文章建立了包括燃气轮机在内的电网模型和多极永磁同步风力发电机模型,评价了由燃气轮发电机供电的海上油田平台孤立电网接入风电时的电网稳定性,并通过仿真研究了该海上油田平台孤立电网接入风电的最大穿透功率。PSCAD/EMTDC的仿真结果和中国海洋石油总公司建造的海上风力发电站的成功并网均表明,文中的平台电网能保持电网频率和负荷电压在规定的范围内。     

风电变流器中永磁同步电机无传感器控制技术

针对兆瓦级直驱风电变流器中永磁同步电机无传感器控制技术的重要作用,根据永磁同步电机的数学模型,提出了一种基于电机反电动势闭环锁相环的永磁同步电机位置的估算算法,并进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果表明:利用该估算方法能够准确计算出永磁同步电机的位置,实现对直驱风力发电系统中的永磁同步电机的有效控制。     

小型双转子永磁同步风力发电系统的研究

提出了一种新型的双转子永磁同步风力发电机,有两个螺旋桨,一前一后,设计集风套桶,可以二次利用风能,降低建压风速,提高风能利用率.在分析了双转子永磁同步风力发电机的工作原理、数学模型和特性的基础上,提出了一种适合管道式双转子永磁同步风力发电系统的最大风能跟踪控制策略.仿真结果证明了控制策略的正确性,提高了系统风能利用率,具有一定的理论意义.     

永磁同步风力发电机复合矢量控制策略研究

提出一种基于定子电流定向的永磁同步风力发电机复合矢量控制策略。该策略在发电机切入速度与转折速度间采用最大转矩电流比控制方式,以提高系统的发电功率;在转折速度与极限速度间采用最大功率输出的弱磁控制方式,提高系统的稳定性。根据兆瓦级PMSG需采用无速度传感器的技术特点,在模型参考自适应方法基础上,提出一种基于定子电压锁相、定子电流位置定向调节的无速度传感器方法,并将其应用到所提控制策略中。最后通过实验样机验证了该方案的正确性和可行性。