永磁直驱风力发电中风力机模拟系统的研究

分析了风力机和直流电动机的工作特性,建立了风力机特性曲线的数学模型.在此基础上,提出功率外环转矩内环的双闭环直流电动机控制方法来模拟风力机特性,并通过控制永磁同步发电机使其运行在最大功率输出点.同时为检验风机控制系统的相关性能及研究风机对电网的影响,分"微风"、"阵风"、"强风"3种状态对风电场的工况进行初步模拟.通过...     

采用直流电动机和调速系统的风力机模拟器设计

为了满足小型风力发电技术的研究需要,分析了风力机的运行特性及采用直流电动机转矩闭环控制模拟风力机的可行性,设计了基于直流电动机的小型风力机模拟器,并给出了采用西门子调速系统驱动直流电动机的模拟器实现方案及基于永磁同步发电机的测试系统,进行了实验研究。实验结果表明,所设计的风力机模拟器可以模拟小型风力机的转矩-转速特性和功率-转速特性,为在实验室条件下研究风力发电技术的原动机问题提供了一个实用的解决方案。     

永磁直驱机组的模拟风力机系统设计的几个关键问题

为了保证被测的永磁直驱型风电系统实现最大风能跟踪和全功率发电,指出了背靠背变流器、永磁同步发电机、感应电机、变频器、以及风力机机械特性模拟器等各环节的设计要点。通过理论与实例分析指出,背靠背变流器直流母线电压以及永磁同步发电机定子电流约束使永磁同步电机在一定转速下输出功率存在上限。模拟风力机械特性模拟器的参数设计应保证风力机在整个运行范围内,始终位于永磁同步电机最大出力曲线的下方。为此,给出了风力机机械特性模拟器参数的设计方法并最后通过设计实例验证了设计的可行性。     

双转子永磁同步风力发电机的最大功率跟踪控制

转速控制是永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪控制的方法之一,该文在分析了双转子永磁同步风力发电机的数学模型、特性和搭建了双转子永磁同步风力发电机的仿真模型的基础上,将转速控制方法应用到管道式双转子永磁同步风力发电系统中。仿真结果表明:前后风力机设计合适的叶片,转速控制可应用到新型的双转子永磁同步风力发电机,前后风力机可能都实现最大风能跟踪,具有一定的理论意义。     

损耗功率对异步电动机模拟风力机特性的影响及优化

对于风力发电系统的研究,在实验室条件下,通常采用电动机来模拟风力机。由于电动机存在功率损耗,导致电动机不能准确的模拟风力机,在实验时将影响风力发电机控制,以及风力机最大风能跟踪控制策略的研究。基于异步电动机的矢量控制策略,对其风力机特性的模拟控制策略做出优化,提出考虑损耗功率的异步电动机模拟风力机特性的控制策略。此方法通过MATLAB/Simulink建立精确的异步电动机模型,搭建考虑铜耗、铁耗、机械损耗以及杂散损耗的控制模型,经过仿真验证了优化后的控制策略的正确性。     

基于永磁同步电机的风力机模拟器研究

分析了风力机的输出特性,建立了风力机模型,通过比较风力机和永磁同步电机(PMSM)特性,提出了基于PMSM风力机模拟的转矩-转速控制方案;对PMSM采用i_d=0的矢量控制方案,满足风力机转矩输出特性的模拟要求。该风力机模拟系统应用于离网型变速恒频永磁同步风力发电系统,实现了风力机在不同风速、全转速范围的风力机特性输出,满足了永磁同步风力发电系统进行最大功率追踪的需要。搭建了一套完整的风力发电模拟试验平台,验证了PMSM模拟风力机的可行性。     

基于遗传算法的直流电机风力发电系统最优励磁控制技术

针对风力发电系统发电机转速波动较频繁,难于同时对电压和频率的稳定性实施控制等特点,结合直流发电机的工作特性,提出了基于直流发电机的风力发电系统控制技术。采用基于遗传算法的最优励磁控制技术对发电机的励磁实施控制,使发电机获得了稳定的输出电压。从理论上分析了直流风力发电系统的可行性及其特点,重点分析和研究了基于遗传算法的直流风力发电机组最优励磁控制技术在稳定输出电压方面的性能,运用Matlab对该系统进行了仿真,并用直流电动机作原动机,通过调节电动机的转速模拟风速变化引起的风力机转速变化。在电力系统动态模拟试验室中进行了大量实验,通过比较和分析获取的数据和仿真结果,进一步验证了该方法的正确性和可行性。     

基于异步机的小功率风机特性动态模拟器研究

设计了基于异步电机驱动永磁同步发电机(PMSG)的小功率风机模拟平台,为在实验室研究风力发电系统提供了便利条件.采用异步电动机作为原动机进行风机的模拟,通过对小型风机的转矩及转速特性的准确跟踪来实现模拟过程,同时,提出了一种基于Buck变换器的MPPT控制方案.通过对变频器及占空比的控制分别实现对异步电机转矩以及PMSG转速的控制,使实验平台可按照风机特性运行.在实验室中,对定风速、变转速风机运行特性及定风速风力机MPPT特性进行了模拟实验.实验结果表明,该实验平台可进行风力机特性的模拟及MPPT研究.     

风力发电机无速度传感器网侧功率直接控制

采用不可控整流和可控逆变的交直交结构作为直驱式永磁同步风力发电机的并网电路。从发电机转速、功率和直流母线电压之间的相互关系出发,提出利用直流母线电压进行转速观测实现无速度传感器。根据风力机特性和并网电路的功率模型,提出网侧功率直接控制实现最大风能跟踪。实现了有功／无功功率的解耦控制,并给出有功／无功的参考值选取范围。最后采用电流滞环方法进行逆变器控制。仿真结果验证了所提出的控制策略简单有效、具有良好的稳态精度和动态性能。     

基于变桨距和转矩动态控制的 直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制

风能的不确定性以及风轮机自身特性使风力发电机输出有功功率随风速变化而波动,影响风电机组输出电能质量,严重时还会影响电网运行稳定性。在分析变桨变速直驱永磁同步风力发电机运行特性的基础上,提出了在全风速范围内结合风力机变桨控制和发电机变速控制的发电机有功功率平滑控制策略。考虑到风能的随机性及直驱风能发电系统很强的非线性,设计了基于模糊理论的变桨距控制器和发电机转矩动态滑模控制器。对一台采用该控制策略的直驱永磁同步风力发电机的运行行为进行仿真研究。结果表明,提出的模糊变桨距控制能有效控制发电机转速运行范围,动态滑模控制能使发电机输出平滑的有功功率。与传统最大风能跟踪控制策略相比,所提出的控制方案能有效降低直驱永磁同步风力发电机输出有功功率的波动,控制发电机转速运行范围。     

基于直流电动机的风力机特性模拟

为采用直流电动机模拟风力机特性以满足实验室风力发电研究的需要,分析了风力机和直流电动机的运行原理,探讨了各自的功率及转矩特性,对比研究了两者运行特性的异同。制定了实现简单、特性优良的转矩模拟方案,它通过控制直流电动机电枢绕组电流来实现风力机转矩特性的模拟。建立了由PC机、数据采集卡和晶闸管调速器构成的风力机模拟硬件平台,开发了风力机模拟监控软件,在此基础上组成了完整的风力机特性模拟系统。对风速变化及机组转速变化两种典型运行条件下的风力机运行特性进行了模拟实验,模拟结果与理论数据达到了高度的吻合。基于转矩模拟算法的风力机特性模拟方案,可方便地应用于实验室条件下风力发电技术的研究。     

基于PWM控制下永磁同步发电机效率优化设计

永磁同步发电机(PMSG)通过全功率变流器与直流母线连接,因此传统的采用直接并网的同步发电机设计与分析模型不再适用于变速恒频系统中的永磁同步发电机。本文提出了一种变速恒频系统中永磁同步发电机的设计分析模型,该模型综合考虑了变流器电流矢量控制策略对发电机特性和性能的影响,能更准确地反映永磁同步发电机的实际运行状况。基于该模型,运用模拟退火算法(Simulated Annealing,SA)对4k W的永磁同步发电机进行了以效率最优为目标的优化设计。最后运用有限元方法和Matlab仿真分析,对4k W永磁同步发电机进行了空载有限元仿真和负载情况下的运行仿真和实验,通过仿真和实验的结果验证了本文所提出的设计优化设计方法的工程使用价值。     

变桨距风力机分区段模拟方法及其控制策略

风力强度不同,实际变桨距风力机的工作方式不同,风力机的输入输出关系也不同。分析了风力机在各个工作区的工作特性,得到了风力机在各个区段功率输出与风速的关系,给出了不同区段风力发电机的模拟方法。运用模糊直接转矩控制异步电动机,模拟不同情况下风力发电机的输出特性。仿真结果表明,该方法能较准确和全面地模拟风力机在整个风力发电过程的工作特性。     

基于风机特性模拟的风力发电系统

分析了风力机和直流电动机的运行原理,给出了直流电动机模拟风力机的理论依据。提出了实现简单、特性优良的转速、转矩控制模拟方案,通过控制直流电动机电枢电流来实现风力机转矩特性的模拟。搭建了基于风力机特性模拟的直驱式变速恒频风力发电系统试验平台,实现了模拟风力机在不同风速、转速下系统的稳定运行状态,验证了模拟方案的可行性和正确性,满足了该风力发电系统并网逆变和最大风能追踪等方面实验室研发的需要。     

改进直接转矩控制在海上风力机模拟中的应用

分析了用于海上永磁直驱同步发电机的风力机模型及其运行特性,采用基于全阶自适应定子磁链观测器和定子电阻在线辨识的改进直接转矩控制技术,实现异步电机模拟风力机输出特性.仿真结果表明,改进直接转矩控制改善了传统直接转矩控制在低速范围内具有较大电流和转矩脉动的缺点,更加适用于低转速的海上永磁直驱同步发电机.     

一种小型永磁同步风电系统最大功率跟踪控制方法

通过对新型小型风力发电系统分析,提出了一种最大功率跟踪控制的方法.通过控制新型永磁同步发电机的电磁转矩,间接地控制风力机的机械转矩,使风力机在额定风速以下以最佳尖速比运行,自动跟踪其最大功率点.对系统进行了仿真,结果表明,控制方法是切实可行的.     

直驱式永磁同步风力发电机稳态模型与最大功率跟踪控制

针对直驱式永磁同步风力发电系统最大功率点跟踪问题,通过风力机、永磁同步发电机、三相不控整流桥、DC-DC变换器等的等效电路分析,建立了系统的稳态数学模型,推导出交流侧电功率的计算、最大功率点的捕获与直流电压等的相关计算公式,进而采用功率信号反馈(PSF)算法实现最大功率点跟踪(MPPT)控制,然后在Matlab/Sim...     

直驱永磁同步风力发电机的最佳风能跟踪控制

与双馈交流励磁风力发电系统相比,直驱永磁同步风力发电系统具有结构简单、发电效率及运行可靠性高等优点。文章采用双脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)变换器作为直驱永磁同步发电机的并网电路,根据风力机和发电机的运行特性提出了一种基于最佳功率给定的发电机最大风能跟踪控制策略。建立了基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电实验系统,实验结果验证了所提出控制策略的正确性。该发电系统可实现最大风能跟踪控制、并网有功和无功功率独立控制以及变速恒频发电运行。     

基于功率反馈的直驱式永磁发电机组最大功率跟踪控制

分析了风力机的运行特性,建立了直驱式永磁同步发电机组(D-PMSG)的数学模型。基于功率反馈的最大风能跟踪控制原理,引入前馈解耦控制和锁相环,通过变流器控制直驱永磁风力发电机的电磁功率来实现对风力机转速的间接控制,在无需检测风速和风力机转速的情况下实现了风电系统的最大风能跟踪和单位功率因数控制。在变风速环境下,通过仿真实验,验证了所采取控制策略的有效性。     

模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制

为满足高电压、大功率、高可靠性的风电场直流输电系统电能传输需求,该文提出基于模块化多相永磁风力发电机的新型串并联直流海上风电场拓扑,以及模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制方法。首先,建立基于模块化多相永磁风力发电机的直流风力发电系统数学模型,设计了模块化多相永磁风力发电机无差拍功率预测控制器,来提升dq轴电流跟踪精度和动态响应速度,并补偿无差拍预测控制器中的单拍延迟;然后,针对模块化多相永磁同步发电机串并联拓扑结构特点,提出一种考虑直流风电场潮流的功率-电压协调控制策略,通过实时调节风机的有功功率参考值,来抑制串并联直流风电场的风机过电压;最后,搭建了基于模块化多相永磁风力发电机的3×6×5 MW串并联直流海上风电场的模型,来验证所提无差拍功率预测控制和功率-电压协调控制的有效性。