永磁直驱风电系统电机侧变流器的研制

使用永磁同步发电机的直驱型风力发电系统目前的发展很快,采用背靠背变流器作为直驱风电系统全功率变流器具有优良的性能,受到了广泛关注。对背靠背全功率变流器中电机侧变流器的工作原理和PMSG的控制策略进行了详细说明,对其稳态和动态性能进行了仿真分析。构建了实验系统,实现了电机侧变流器对发电机的矢量控制,能够方便地实现发电和电动状态运行。仿真和实验结果表明,采用PWM变流器作为永磁直驱风电系统电机侧变流器,可以实现对PMSG的优良控制,并为向电网输送优质的电能提供保证。     

永磁直驱风力发电系统变流器控制策略研究

针对变速恒频风力发电技术(VSCF),对风力机的数学模型进行了分析,通过最佳叶尖速比实现了对风力机的最大风能跟踪(MPPT)。在研究了永磁同步发电机(PMSG)和变流器的数学模型的基础上提出了对机侧变流器和网侧变换器分开控制的策略,控制机侧变流器来调节发电机的转速,控制网侧变流器向电网输送稳定、恒频的电能。并在Matlab/Simulink平台下搭建了相应的仿真模型,仿真结果表明控制策略可行。     

永磁直驱风电变流器无传感器控制研究

永磁直驱风力发电系统是一种新型的风力发电系统,具有广泛的应用前景。背靠背的全功率变流器是直驱型风力发电系统中的关键设备,既要实现对电网转换优质电能的功能,又要对永磁同步发电机(PMSG)进行控制。永磁同步发电机的无传感器控制技术具有重要的研究意义。根据永磁同步发电机的数学模型,利用其电磁、电气关系,提出了一种基于转子磁链闭环锁相环的永磁同步发电机位置的估算算法。通过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发电机的位置,并可以利用其对永磁同步发电机实现有效的控制。     

直驱型永磁风电机组并网控制系统的研究

对直驱型永磁风电机组并网控制系统工作结构与原理进行讨论,并研究变流器电机侧与电网侧的并网控制电路与控制策略。应用并联多变流器的方法,采取电网电压定向的电流、电压双闭环矢量控制模式,设计逆变并网控制。基于对交-直-交背靠背双PWM变流器的控制,运行软件仿真了690 V/2.5 MW直驱型永磁风电机组的变流器并网过程。实验结果表明,控制电路与策略正确有效,并网变流器能进行双向的能量传递,并且具有良好的静动态特性。     

无速度传感器控制永磁直驱风电变流器的研制

常规数字式编码器在风力发电中的应用存在容易受干扰等问题.在分析直驱型变速恒频风电系统背靠背变流器工作原理的基础上,采用锁相环无速度传感器控制策略对永磁同步发电机的速度和相位进行观测,对其工作原理和实现方法进行了分析.建立了永磁直驱风电系统仿真模型和实验样机,并对所提控制策略进行了仿真和实验验证.仿真与实验结果表明,锁相环无速度传感器控制能够准确获取电机转速与角度信息,响应速度快、电流控制效果好,具有较好的稳态与动态性能,经过进一步优化,特别是提高低速段性能后,可以在直驱风电系统中替代常规编码器实现对永磁同步发电机的控制.     

永磁直驱风电系统发电机侧变流器的并联控制

针对永磁直驱风力发电系统中发电机多极对数、低速运行特性,提出易于实现、鲁棒性能好的滑模转子位置观测器,准确估计电机转子位置。在无位置传感器运行条件下,发电机转矩、磁链响应仍然保持良好的稳、动态性能;解决了安装光电编码器带来的可靠性和受干扰反馈错误位置信息等问题,提高了系统的可靠性。大功率直驱风力发电系统相对于双馈系统需要全功率变流器。目前,在MW级系统中电能变流器拓扑结构通常采用背靠背PWM变流器并联,用相同PWM脉冲触发和载波移相等两种控制方式。对两种方法的控制效果进行了实验验证,实验结果表明了机侧变流器的无位置传感器载波移相并联技术提高了系统的鲁棒性、可靠性,降低了噪声,能使系统发出优质电力。     

永磁直驱式风电变流器整流侧过电压抑制方法

永磁直驱式风电变流器在风电系统中扮演着重要角色,但整流侧过电压问题一直是影响其安全稳定运行的关键因素,因此提出了一种针对永磁直驱式风电变流器整流侧过电压的抑制方法。首先,分析了整流侧过电压的产生机理,包括电网电压波动、风力变化等因素对整流侧电压的影响。然后,设计了一种基于负荷能量泄放回路和储能单元的过电压抑制策略,当检测到直流母线电压过高时自动投入负荷泄放回路,消耗掉富余能量,抑制直流侧过电压,同时通过在直流母线上设计专用储能单元,将富余能量转移到储能系统中存储,故障恢复后或按需要将所存储的能量馈入电网。此外,还探讨了如何通过电力电子双向变换设备将储能单元接口到变流器的直流母线,以实现能量的高效利用和电压的稳定控制。     

永磁直驱风电系统变流器拓扑分析

永磁直驱风电系统变流器为永磁同步发电机和电网的接口,对其常用的拓扑进行了详细的分析和说明,包括不控整流 逆变器、不控整流 DC/DC变换 逆变器、背靠背双PWM变换器等拓扑,对其工作原理、应用和优缺点进行了介绍和对比,并针对风电机组对大功率变流器的需求,对大功率拓扑结构的特性和应用进行了详细的介绍。不控整流 Boost变换 并网逆变器和背靠背双PWM变换器2种拓扑是目前的优选方案,多电平变换器因其优良的性能将具有良好的发展前景。     

直驱风电系统变流器控制技术综述

电力电子变流器作为风力发电与电网的接口,即对风力发电机电机控制,又要输出优质电能。因此对电子变流器的控制策略非常重要。对网侧变流器控制策略、机侧变流器策略和低电压穿越控制策略进行了分析。最后展望了变流器控制技术发展趋势。     

永磁直驱风电系统永磁同步发电机单位功率因数控制

使用永磁同步发电机(PMSG)的直驱风电系统目前发展得很快,选择合适的PMSG控制策略对系统性能非常重要.采用单位功率因数(UPF)控制方法对PMSG进行控制,可以降低永磁直驱风电系统变流器的功率等级,节省变流器容量;同时使用高精度增量式编码器对电机转速和相位进行测量.仿真和试验结果证明了UPF控制策略的有效性.     

直驱式风力发电系统的仿真建模与运行特性研究

研究了基于永磁同步发电机的直驱式风力发电系统中PWM背靠背全功率变流器的运行特性,详细介绍了发电机侧和电网侧PWM变流器的运行状态,在数学模型的基础上给出了具体的控制策略.在Mat-lab/Simulink7.1环境下建立了系统从永磁同步发电机到电网的仿真模型,并利用S函数编写了发电机侧和电网侧变流器的控制程序,给出了系统的控制框图及仿真程序流程图.最后,在实验室搭建的17 kW直驱式风力发电实验平台上验证了系统的控制策略.仿真和实验结果都表明系统能够在不同风速下稳定运行,发电机侧输出电流近似正弦,谐波含量小;电网侧变流器在风速突变引起发电机输出功率变化的情况下能够稳定直流侧电压,输出有功和无功电流完全独立可调,并网电流质量较高.     

永磁直驱风电系统低电压穿越能力仿真

为了提高采用双PWM变流器的永磁直驱风电系统的低电压穿越能力,提出了增加直流侧卸荷负载以及电网侧采用静止同步无功补偿器的方法,在MATLAB/SIMULINK仿真环境中建立了系统的仿真模型并针对系统的跌落特性进行了动态仿真.仿真结果表明:系统能够实现最大功率点追踪以及向电网输出接近正弦的优良交流电能;在电网电压跌落时,卸荷负载能够消耗掉多余的能量并且能良好地限制直流侧电压上升,STATCOM能够快速为电网提供无功功率支持.     

直接驱动型风力发电系统低电压穿越控制策略

提出了直接驱动型永磁同步风力发电系统在电网故障前后的控制策略。采用基于二阶广义积分闭环电网电压跌落检测方法,可精确得出电网电压故障信号、正序分量幅值、相位角。电网电压故障信号送给变桨距执行机构,最大限度地调节桨距角,屏蔽部分输入功率,提高系统低电压穿越能力;探索直驱风电系统在电网电压跌落发生后的控制策略,并实现与正常运行模式的快速平滑切换。故障前,网侧变流器运行在单位功率因数状态,保持直流侧电压恒定;故障后运行在STATCOM模式,依据检测环节所提供的电网电压正序分量幅值和相位角来决定变流器所发无功电流的量值,为电网提供动态无功支持。基于超级电容器的双向DC/DC变换器作为直流侧保护电路,来快速维持直流侧电压稳定。     

适合直接驱动型风力发电系统的飞跨电容型变流器

直接驱动型风力发电系统需要全功率变流器作为与电网的接口,飞跨电容型多电平变流器是首选方案。在大功率电力电子变流装置的实现上,一个重要的问题是大功率器件的工作频率较低,无法应用PWM技术等优秀的调制技术。因为载波相移正弦波脉宽调制技术(CPS-SPWM)的等效开关频率高,采用该技术后可以引入各种先进的控制策略,优化系统的性能指标,同时改善输出波形,减小了滤波器容量。仿真和实验验证了上述结论的正确性。     

适合直接驱动型风力发电系统的DRC混合箝位变流器研究

针对直接驱动型风力发电系统中需要的全功率变流器,提出了一种基于箝位二极管、电阻、电容DRC(Diode Resistor Capacitor)混合箝位的三电平变流器,并采用载波相移正弦脉宽调制CPS-SPWM(Carrierplaase shifted SPWM)技术产生控制脉冲.仿真结果表明,该变流器输出波形正确,等效开关频率提高了1倍,最低次载波谐波移至载波频率2倍的位置,并具有自动平衡电容电压,电容充放电电流呈周期性变化且无电流尖峰冲击等优点.     

直驱式风力发电机无位置传感器矢量控制

为满足低压大功率输出的要求,直驱式风力发电系统采用双三相永磁同步发电机和变流器并联技术相结合的拓扑结构.针对位置传感器故障率高、易受干扰等问题,在风力发电机功率控制的基础上提出一种双三相永磁同步发电机无位置传感器矢量控制算法.根据矢量空间解耦原理建立双三相永磁同步发电机的数学模型.利用模型参考自适应系统估计发电机转速,依据波波夫超稳定理论推导出自适应律,分析发电机参数变化对速度估计的影响.通过对电机定子直流励磁获得转子初始位置.仿真和实验结果表明该算法能实现风力发电机可靠起动,有很好的速度跟踪性能和稳态精确度,使发电机能在额定风速下最大限度获取风能,并能稳定运行于恒速和恒功率区域,且对发电机参数变化不敏感,算法计算量小.     

并网永磁直驱式风电系统的模态分析

为研究永磁直驱风电系统（PMSG）并网后自身的稳定性问题,进行了并网风电系统的模态分析。建立了适用于系统小扰动稳定分析的PMSG风电系统模型,研究了并网风机无穷大系统的模式特性。采用特征值法分析了轴系模型、轴系刚性参数、运行点、并网距离对并网风电系统模式的影响。并在PSCAD/EMTDC上建立了相应的非线性模型,利用Prony方法对输出功率曲线进行模式识别,验证了模态分析结论。研究从模态分析的角度说明了轴系双质块建模的重要性,以及上述参数对并网PMSG稳定性影响的相关结论,结果有助于了解并网PMSG风电系统稳定性问题的本质。     

直驱式永磁同步风力发电系统的并网控制

本文针对新疆金风公司1.5MW直驱式永磁同步风力发电系统,采用多变流器并联的方式,应用基于电网电压定向的电压、电流双闭环矢量控制策略,实现并网逆变控制。仿真实验结果表明,采用该控制策略实现了独立调节系统输出的有功功率和无功功率,注入电网的电流为正弦波,馈入电网的谐波畸变率很小,且系统具有良好的动静态性能。