基于比例谐振控制的双馈风力发电系统空载并网研究

提出双馈异步发电机的比例谐振控制策略,实现双馈风力发电系统的空载并网控制。通过双馈异步发电机的数学模型,建立了基于定子磁链定向的双馈风力发电空载并网系统。文中结合比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制器的特性,设计了空载比例谐振并网控制。与传统双馈异步发电机空载并网控制策略相比,不仅简化了控制算法,同时提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,提出的控制策略可有效地实现双馈异步发电机的电网同步控制。     

级联式无刷双馈航空发电机的仿真研究

为了在飞机发动机转速变化的情况下得到恒频恒压的交流电,通过对级联式无刷双馈航空发电机结构和工作原理的分析,建立了级联式无刷双馈发电机转子机械速坐标系的数学模型,提出了定子磁链定向的矢量控制的级联式无刷双馈发电机控制策略,分析了其电磁和能量各平衡关系,研究了励磁系统核心装置SPWM变频器。使用matlab/simulink软件对系统及其控制策略进行了仿真分析。仿真结果表明采用定子磁链定向的矢量控制策略,可以使级联式无刷双馈发电机在转速变化的情况下,保证发电系统输出恒频恒压的三相交流电。     

无刷双馈风力发电机模型降阶

无刷双馈风力发电机中的3套绕组电流(功率绕组、控制绕组和转子绕组)产生的磁场在电机空间相互作用,绕组间复杂的耦合关系导致无刷双馈电机模型具有高维数特征.为了更有效地对无刷双馈风力发电机进行运行分析与功率控制,充分利用无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,实现模型降阶是必要的.研究了无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,建立了无刷双馈风力发电机的三时间尺度奇异摄动模型,为无刷双馈风力发电机的模型降阶奠定了基础.     

无刷双馈风力发电机模型降阶第Ⅰ部分:无刷双馈风力发电机的多时间尺度模型

无刷双馈风力发电机中的3套绕组电流(功率绕组、控制绕组和转子绕组)产生的磁场在电机空间相互作用,绕组间复杂的耦合关系导致无刷双馈电机模型具有高维数特征.为了更有效地对无刷双馈风力发电机进行运行分析与功率控制,充分利用无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,实现模型降阶是必要的.研究了无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,建立了无刷双馈风力发电机的三时间尺度奇异摄动模型,为无刷双馈风力发电机的模型降阶奠定了基础.     

不平衡电网电压下双馈感应发电机无源控制

本文以抑制电网电压不平衡所带来的定、转子不平衡电流为目标,提出了一种基于无源化方法的双馈感应发电机不平衡控制策略.首先在分析了正转同步旋转坐标系下的双馈感应发电机正序模型及负序模型无源性的基础上,设计了正、负序模型的无源性状态反馈控制器;然后给出了一种期望状态值计算方法,根据不平衡控制目标得到定、转子电流负序分量的指令值,结合定子电压的正序分量和电磁转矩的期望值计算出定、转子电流正序分量的给定值;最后得到电网电压不平衡条件下双馈感应发电机的无源控制器.仿真结果表明:所提出的控制方案有效地抑制了电网电压不平衡故障时定子及转子的不平衡电流,降低了输出电磁转矩的波动,提高了双馈感应发电机系统在电网电压不平衡条件下实现不间断运行的能力.     

双馈感应风力发电机组的非线性变结构空载并网控制策略

采用矢量控制结合PI控制来实现双馈感应发电机并网时,电机的各种磁链以及电压电流交叉耦合补偿部分都会降低电网电压跟踪的速度,使动态响应性能不够理想,令超调量增大.本文采用变结构控制与全状态反馈线性化解耦相结合的控制策略,来控制双馈感应发电机组的空载并网过程.在MATLAB仿真模型基础上,从空载并网时发电机定子电压对电网电压的跟踪、并网过渡过程中定转子电流变化情况,和并网后功率调节和最大风能捕获这3个阶段进行了仿真分析.最后将非线性变结构控制器与传统矢量控制外加PI调节控制的仿真结果进行了对比分析.结果表明,采用全状态反馈线性化变结构控制的双馈感应风力发电机组,可以实现发电机的平滑并网,并网效果较好,定子电流对电网冲击小,转子电流实现比较平稳的过渡.并网后,发电机能够有效地进行最大风能捕获,实现变速恒频发电和有功、无功功率的独立调节控制.通过与传统矢量控制的比较分析,可以看出,双馈感应风力发电机组采用状态反馈精确线性化变结构控制器比传统矢量PI控制器对电网电压跟踪速度更快,动态响应更快速、调节时间和超调量更小.     

变速恒频无刷双馈风力发电机及其控制

通过对无刷双馈风力发电机工作原理和运行特性的分析,建立了无刷双馈发电机摹于转子机械坐标系的数学模型,将变结构控制应用到无刷双馈发电机有功功率与无功功率的解耦控制中,分析了其电磁关系和能量平衡关系.使用Matlab/Simulink软件对系统及其控制策略进行了仿真分析.仿真结果表明:变结构控制能够成功地实现风力发电中无刷双馈发电机有功与无功功率的解耦控制,在实现风能的最大功率捕获的同时,可以提供电网需要的无功功率,满足电力系统的需要.     

矢量解耦控制级联式无刷双馈发电机研究

由于飞机三级式同步发电机存在CSD(恒速装置),增加了飞机重量,而且发电及容量不能做到很大.提出一种飞机串级式无刷双馈交流发电机系统,去掉了CSD,在发动机转速变化的同时调节控制绕组电流大小实现变速恒频的目的.论文在对串级式无刷双馈发电机定转子磁场进行分析、给出电压和转矩方程的基础上,针对串级式无刷双馈电机的高耦合、非线性和多变量时变性等特点,设计了矢量解耦控制器,实现控制绕组电压与电流之间的解耦,在Matlab/simulink环境下进行了仿真研究,结果表明:利用矢量解耦控制算法对无刷双馈发电机进行分析,实现了变速恒频发电;系统运行良好,具有较好的动态响应特性;所采用的方法是正确的、可行的.     

双馈感应风力发电系统新型功率控制策略研究

在风力发电功率优化控制问题的研究中,针对双馈感应风力发电系统稳定性问题,推导出双馈感应发电机转子d-q轴电流分量与定子无功功率及转矩之间的数学表达式,提出以定子无功功率和转矩作为参考输入的控制方法,得出系统功率转换的控制策略,建立了风电系统转子侧变换器的矢量控制框图.采用Matlab/Simulink,搭建了1.5MW风力发电系统的仿真模型.运行仿真模型,得到了双馈感应发电机转子电流,双馈风力发电系统的有功功率、无功功率及三相输出电流等信号的波形曲线.仿真结果表明,改进控制策略提高了系统的鲁棒性和输出电能质量,证明了控制策略的有效性和可行性.     

无刷双馈发电机不依赖参数的矢量控制策略

通过对无刷双馈发电机的功率绕组电压定向的统一矢量模型进行研究,提出了一种不依赖电机参数的矢量控制策略。该控制方法通过控制控制绕组的d轴和q轴电压分量来分别控制无刷双馈发电机的有功功率和无功功率,同时针对两定子d轴和q轴变量之间的交叉耦合问题加入了补偿模块。相比其他补偿策略,该补偿模块更加容易计算和实现。该控制策略不需要使用电机参数,避免了电机运行过程中因参数变化带来的控制精度下降问题。为了验证所提出的控制策略的性能,搭建了变频调速试验平台。试验结果证明了该控制方法具有良好的控制性能和解耦性能。     

无刷双馈风力发电机模型降阶 第Ⅱ部分: 模型降阶的合理性分析

无刷双馈风力发电系统是一个多时间尺度高维数系统, 其稳定性分析与控制是非常复杂的. 在实际问题分析中, 具有快变特征的的动态常被略去. 然而, 在什么条件下无刷双馈电机的快动态允许被略去是一个必须回答的理论问题. 以基于物理电路的计及快动态和慢动态的无刷双馈电机模型为基础, 研究了降阶的条件. 研究表明无刷双馈风力发电机在一些可接受的条件下, 降阶是合理的和可行的, 降阶不会引起“质”的错误. 研究结论对简化无刷双馈风力发电机模型以及实现功率调节控制具有重要意义.     

基于位置估计的双馈风力发电机的控制策略

为了避免由机械传感器所带来的一些控制上的问题,提出了一种基于位置估计的双馈风力发电机的控制方案。在转速控制阶段,根据双馈发电机数学模型,通过采集电网电压电流,转子电压电流,采用定子磁场定向的矢量控制策略,利用转子电流矢量综合位置与定子电压矢量综合位置,对并网前后转子位置进行估算,得到转速及功率变化规律,运用这个规律可以实现对转速的控制。最后对1 MW的风力机模型进行系统仿真实验,结果表明整个转速控制区间对转子位置的估计都满足系统要求,基本上解决了风力发电机的转速和无功功率控制难的问题,验证了方案的正确性与可行性。     

无刷双馈电动机开环调速特性研究

介绍了无刷双馈电动机的基本原理,研究了其转子速d-q参考轴下的数学模型;在Matlab/Simulink环境下,采用恒压频比控制策略完成了无刷双馈电动机开环状态下的动态特性仿真,并基于双三电平变频器建立了实验平台,完成了无刷双馈电动机的开环调速实验。仿真与实验结果验证了无刷双馈电动机的运行机理及其良好的动态特性。     

矩阵变换器励磁控制的无刷双馈风力发电系统

应用在双馈风力发电系统中的功率变换器必须具有功率双向流动的能力, 交直交循环变流器和交交矩阵变换器都可满足功率的双向流动要求. 而矩阵变换器能同时提供正弦的输入电流和输出电压, 输入电流可调节为超前、滞后或同相于输入电压, 输出电压可实现幅值、频率和网侧功率因数的独立控制. 利用矩阵变换器, 通过控制无刷双馈电机控制绕组的电压幅值、频率, 为风力发电系统提供励磁. 压频比控制器采用模型参考模糊自适应控制策略, 对电机的转速和功率因数进行控制. 采用DSP,CPLD构建了基于四步换流方案的矩阵变换器实验励磁系统, 仿真和实验结果验证了系统设计的正确性、可行性和稳定性, 为矩阵式变换器的实际应用提供了实验基础.     

不平衡电网电压下双馈风力发电系统强励控制

针对电网电压不平衡造成的双馈风力发电机(DFIG)定子有功和无功功率振荡、电磁转矩脉动、定、转子电流不平衡等问题,提出了一种双馈风力发电系统转子侧变换器强励控制方案。推导了不平衡电网电压下DFIG定子有功、无功功率的二次谐波分量在同步旋转坐标系中的表达式,并以此为依据设计了电压强励补偿环。分析了有功、无功功率,电磁转矩及定、转子电流二次谐波分量之间的关系,采用单一强励补偿控制器对不同控制目标进行切换强励控制。对1.5MWDFIG系统的控制特性研究验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

A Long-Range Generalized Predictive Control Algorithm for a DFIG Based Wind Energy System

This paper presents a new Long-range generalized predictive controller in the synchronous reference frame for a wind energy system doubly-fed induction generator based. This controller uses the state space equations that consider the rotor current and voltage as state and control variables, to execute the predictive control action. Therefore, the model of the plant must be transformed into two discrete transference functions, by means of an auto-regressive moving average model, in order to attain a discrete and decoupled controller, which makes it possible to treat it as two independent single-input single-output systems instead of a magnetic coupled multiple-input multiple-output system. For achieving that, a direct power control strategy is used, based on the past and future rotor currents and voltages estimation. The algorithm evaluates the rotor current predictors for a defined prediction horizon and computes the new rotor voltages that must be injected to controlling the stator active and reactive powers. To evaluate the controller performance, some simulations were made using Matlab/Simulink. Experimental tests were carried out with a small-scale prototype assuming normal operating conditions with constant and variable wind speed profiles. Finally, some conclusions respect to the dynamic performance of this new contro-ller are summarized.      

Grid-connected vector-controlled slip-ring induction machine drive with out speed sensor

A speed estimation method is presented in this paper for a grid-connected doubly-fed slip-ring induction machine drive. The proposed method is formulated with reactive power based model reference adaptive system (MRAS). The method does not require the estimation of stator/rotor flux. So, the integrator related problems at synchronous speed are overcome. Also, the estimation method is independent of stator and rotor resistance variation. Extensive simulation results are presented to validate the technique.     

双馈系统在电网故障下不间断运行的研究

为更好地研究风力发电机在一定的电网电压跌落故障下的动态响应,以单台1.5 MW双馈风力发电机(DFIG)为研究对象,设计了Crowbar电路,通过构建电网电压跌落仿真模型,分别对机端电压、电流、转子电流、输出的有功功率和无功功率、直流侧电压、电磁转矩在故障期间的动态响应进行了仿真。探讨了相应的控制策略,为进一步研究低电压穿越标准下的控制策略提供了依据,同时也为研制兆瓦级变频器打下基础。测量结果表明这种控制方式能使DFIG在电压跌落故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

无刷双馈电机自抗扰控制方法

针对无刷双馈电机非线性强耦合特性, 提出一种实现其高性能控制的自抗扰控制方法. 在控制电机同步坐标系下, 设计磁链自抗扰控制器和转速自抗扰控制器, 对系统内部的耦合影响和系统外部扰动进行观测和补偿, 实现非线性系统线性化控制. 该控制器具有较强的鲁棒性, 且不依赖电机模型. 仿真对比结果表明, 自抗扰控制器能够准确地估计和补偿系统的内外扰动, 控制精度高, 抗扰能力强, 能够实现磁链和电磁转矩的解耦, 进而实现磁链和转速相互独立控制, 是一种简单有效的高性能控制方法.

     

变速恒频双馈风力发电机网侧变换器研究

描述了变速恒频双馈风力发电机双PWM网侧变换器的结构特点和运行原理。在分析了双PWM网侧变换器在三相静止坐标系下的数学模型基础上,导出了两相同步旋转坐标系下的数学模型。为变速恒频风力发电机交流励磁电源控制器设计提供了理论依据。