基于功率误差比较的开绕组无刷双馈发电机直接功率控制

提出一种具有开绕组结构的无刷双馈风力发电机及其控制系统,开绕组无刷双馈发电机(OW-BDFG)是将控制绕组全部打开,在其两端各接一个变频器对OW-BDFG进行控制。该种拓扑结构可独立控制各相控制绕组电流,大大加强了控制的灵活性和系统的故障冗余能力,且所需变频器容量更小,开关频率较低。针对OW-BDFG特殊结构,提出一种基于功率误差比较的直接功率控制(PEC-DPC)方法对OW-BDFG的有功和无功功率进行解耦控制,以实现功率跟踪。该种控制方法结构简单,易实现,计算量小,动态响应快,且无需观测磁链大小,实时性好。最后,通过仿真比较和实验研究,验证了所提出OW-BDFG及其PEC-DPC系统的可行性和优越性。     

开绕组无刷双馈风力发电机最大功率点跟踪直接转矩模糊控制研究

基于风力发电机最大功率点跟踪原理,结合无刷双馈电机无电刷和集电环的特殊结构及采用双定子磁场调制使得所需变流器容量更小的特点,提出了一种由双两电平变流器拓扑构造三电平馈电的开绕组策略,阐述了无刷双馈风力发电机最大功率点跟踪、开绕组策略及直接转矩控制、模糊控制等各部分工作原理,进而利用Matlab/Simulink仿真软件,搭建了无刷双馈风力发电机控制绕组采用双两电平SVPWM变流器馈电实现最大功率点跟踪的开绕组直接转矩模糊控制模型,并进行了详细的性能仿真,最后,通过无刷双馈电机半实物仿真实验平台,证实了所提开绕组策略的正确性和可行性,为进一步研发半实物仿真实验平台及相关控制策略提供了良好的参考与借鉴。     

无刷双馈发电机的高电压穿越控制策略研究

针对电网电压对称骤升故障对电机定、转子电压电流造成冲击的问题,提出一种无刷双馈发电机高电压穿越的控制策略。对无刷双馈电机(BDFIG)控制绕组电流表达式进行推导,分析得出抑制控制绕组过电流并非BDFIG高电压穿越需要解决的关键问题。研究了BDFIG网侧与机侧变流器协同控制的无功电流的分配原则,给出一种网侧变流器高电压穿越期间调节母线电压和向电网提供动态无功支撑的高电压穿越方案。提出一种机侧变流器高电压故障穿越的控制策略,通过在机侧吸收一定量的感性无功功率保持高电压故障期间BDFIG控制绕组磁链幅值不变,降低了BDFIG故障穿越时有功功率的波动。仿真和实验结果证明了所提控制策略的有效性。     

开绕组无刷双馈发电机直接功率控制研究

针对开绕组无刷双馈电机模型复杂且耦合性强的问题,提出一种适用于开绕组无刷双馈电机的新型直接功率控制方法。通过研究定子控制绕组侧电压与功率绕组侧有功功率和无功功率间的关系,推导出基于d-q坐标系的直接功率控制状态方程,实现有功和无功功率的解耦控制。针对传统滑模控制器抖振及不连续高频开关控制等缺点,设计了基于新型趋近律的超扭曲滑模控制器,建立了开绕组无刷双馈发电机新型超扭曲滑模直接功率控制系统的仿真模型,并给出了不同工况下的仿真结果,验证了该功率方程模型的正确性和新型超扭曲滑模控制方法的有效性和鲁棒性。     

一种复合转子无刷双馈风力发电机直接功率控制研究

无刷双馈发电机无电刷和集电环,具有免维护而可靠性高、变流器容量小等优点,极有可能竞争目前风电系统中普遍使用的传统有刷双馈感应发电机和永磁同步发电机。针对新型复合转子结构无刷双馈风力发电机功率绕组有功和无功功率的控制需求,按照控制绕组磁链所在扇区,采用查表方式确定控制绕组机侧变流器的电压空间矢量,进而对其最大功率跟踪及单位功率因数等进行有效的直接功率控制。通过对比8/4极25kW样机测试系统的仿真与实验结果,证明了所提复合转子无刷双馈风力发电机直接功率控制的正确性、可靠性和有效性。     

开绕组无刷双馈发电机系统变流器故障诊断

功率开关器件开路是风力发电系统中的常见故障。本文对基于直接功率控制策略的开绕组无刷双馈发电机(OW-BDFG)系统中双两电平变流器功率开关器件的开路故障诊断方法进行研究。详细分析了双两电平变流器单相开路故障类型,以单个变流器单相故障、两个变流器均单相故障为例,将正常运行与故障后的控制绕组相电压进行对比分析,实现故障诊断和故障类型辨别。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

双馈风电变流器IGBT模块功率循环能力评估

为准确评估不同风况下双馈风电机组变流器的可靠性水平,提出一种机侧变流器IGBT模块的功率循环能力评估方法,并研究了风速对功率循环能力的影响。基于器件失效模型,建立机侧变流器IGBT模块的平均失效时间(MTTF)计算模型。结合变流器实时运行参数,建立机侧变流器IGBT模块结温计算模型,并分析湍流风速对结温波动的影响,进而提出基于雨流算法提取随机结温波动信息。根据提取的随机结温波动信息,结合风速统计特性,提出机侧变流器IGBT模块功率循环能力评估模型。最后,以某1.5 MW双馈风电机组机侧变流器IGBT模块为例,分析年平均风速及湍流强度对其功率循环能力的影响。分析结果表明:该变流器IGBT模块的MTTF其随着年平均风速及湍流强度的增大而减小;相比传统评估模型,所建立的评估模型更准确。     

基于直接功率控制的开绕组BDFG系统共模电压抑制

无刷双馈发电机(brushless doubly-fed generator,BDFG)的定子上具有两套极数不同的绕组,分别为功率绕组和控制绕组。开绕组无刷双馈发电机(open winding brushless doubly-fed generator,OW-BDFG)是将控制绕组全部打开,两端各接一个变频器对OW-BDFG进行控制。当两个变频器之间采用共直流母线结构时,会在系统中形成零序电流的回路,在共模电压的作用下会产生零序电流,影响发电机的效率和性能。针对OW-BDFG的特殊结构,基于直接功率控制(direct power control,DPC)策略,提出了一种能够消除共模电压的电压调制方法,既实现了对有功功率和无功功率的解耦控制,又解决了共直流母线OW-BDFG系统中存在零序电流的问题。最后,通过仿真和实验研究与对比分析,验证了所提出的基于直接功率控制的开绕组BDFG系统共模电压抑制(direct power control-common-mode voltage elimination,DPC-CMVE)方法的可行性和优越性。     

开绕组无刷双馈发电机直接功率自抗扰控制策略

根据开绕组无刷双馈电机在同步旋转坐标系中的数学模型,推导和分析了功率绕组输出瞬间功率和控制绕组功率电压之间的关系,并建立对应状态方程。设计无刷双馈电机直接功率自抗扰控制器,实现了有功功率和无功功率的解耦控制。搭建了开绕组无刷双馈发电机直接功率自抗扰控制系统的仿真模型,给出了系统暂态、稳态及参数扰动等不同工况下的仿真结果,仿真结果验证了该新型控制策略的可行性和有效性。     

永磁直驱风力发电机滑模变结构直接功率控制

对永磁直驱风力发电机变流器脉宽调制策略及机侧控制模式进行了分析。提出滑模变结构永磁直驱风力发电机直接功率控制,结合风能最大功率跟踪控制策略定叶尖速比法和机组恒定气隙磁链控制设计滑模变结构直接功率控制器,其机侧脉宽调制开关频率恒定、无需同步旋转坐标变换及机端电压相位信息,能有效减小机侧变流器容量且控制结构简单,动态性能优良。仿真研究验证了所提理论分析方法和控制策略的正确性和有效性。     

有源电力滤波器在分布式发电系统中的应用

提出了利用现有的设备(软启动逆变器)来抑制分布式发电系统中微型燃气轮发电机谐波电流的方法,并详细给出其拓扑结构,谐波电流检测方法及滞环控制策略。仿真结果表明:所设计的拓扑结构和采用的控制方法是可行的,完全消除了5次和7次谐波电流。     

HERIC单相光伏并网逆变器无功调制及其直接功率控制

随着可再生能源在单相电网中渗透率的提高,电网对单相光伏并网逆变器提出了无功输出与功率因数灵活控制的要求。对HERIC(Highly Efficient and Reliable Inverter Concept)拓扑的无变压器隔离型单相光伏逆变器进行研究,提出了相应的无功调制策略。借助广义二阶积分构造两相静止坐标系,基于瞬时无功功率理论,建立了单相光伏逆变器的瞬时功率模型,实现了单相光伏逆变器的直接功率控制。搭建了5 k W的实验平台,通过实验对所提的调制策略与控制策略进行了有效性与实用性验证。     

基于FCS-MPC的五桥臂UPQC电能质量补偿策略研究

针对容错模式下的统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner, UPQC),提出了一种五桥臂形式的新型拓扑结构,实现故障下的电能质量扰动综合补偿。在此基础上,对串联变流器和并联变流器进行统一建模,提出了一种基于有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control, FCS-MPC)的五桥臂UPQC控制策略。相比传统线性控制策略,所提算法构建了统一的预测模型以及整合优化的价值函数,实现串联变流器与并联变流器的协同控制,提高了两侧变流器的补偿精度、暂态性能以及响应速度,有效降低了控制算法的复杂度和参数调节难度,并具有较高的参数鲁棒性。仿真结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

一种集成车载充电器的优化直接功率控制

以九开关变换器和非对称六相电机集成车载充电器拓扑结构为研究对象，研究了一种在充电模式下优化的预测直接功率控制策略。该控制策略运用滑模控制方法追踪参考直流电压并给定参考有功功率，采用拉格朗日插值法预测模型功率，计算下一采样周期的有功功率和无功功率，结合矢量脉宽调制（SVPWM）技术实现功率开关控制。在MATLAB/Simulink环境中搭建系统模型，仿真结果表明，该方法能够实现单位功率因数下的稳定运行，能够有效降低交流侧电流总谐波失真（THD），改善系统的动态和稳态性能。     

一种新颖的单PI调节器消除双向有源桥无功功率的方法

双向有源桥Dual active bridge(DAB)因为其简单的结构,在双向能量转换领域非常适用。然而,无功功率却是不可回避的问题,无功功率的存在会降低DAB的效率。文中使用单PI闭环控制器来实现无功功率的消除。建立了在传统控制策略下,无功功率的模型。基于理论,分析了变换器在稳定时不同时间段的运行模态,并且利用了平均电流型建立了变换器的小信号模型,利用Matlab软件搭建了仿真平台,仿真实验结果证实了文中采用的方法的正确性。     

基于V/v变压器同相牵引供电的新型补偿系统

为更有效、更经济地解决传统V/v同相牵引供电系统中存在的电能质量问题,提出了一种在新拓扑结构下采用混合电能质量调节器(HPQC)的电能质量综合补偿方法。相比于传统拓扑结构下的补偿系统,新拓扑结构下的补偿系统有更加显著的节容特点。结合电气化铁道牵引负荷波动频繁的特性,对HPQC中无源器件(LC、L)和有源器件(变流器)的参数进行了设计。另外还分析了新型补偿系统下HPQC的控制策略,使其满足系统的补偿要求。     

基于图划分的大电网拓扑分析

为支撑大电网在线实时监控和分析,提出了一种基于图划分的大电网拓扑分析方法。该方法首先根据智能电网调度控制系统电网建模特点,给出了基于图论的电网层次结构、拓扑结构、厂站母线分析和系统网络分析模型。然后基于图划分建立了并行网络拓扑和局部拓扑修正的数学模型,并根据该模型设计了大电网并行网络拓扑的实现方法。最后基于共享内存编程模型在智能电网调度控制系统中研发了快速网络拓扑分析服务功能。所提出的模型和方法实现了大电网并行网络拓扑分析的无锁计算,避免了多线程数据竞争导致的阻塞耗时问题。对实际系统进行仿真测试,结果表明了该方法的准确性、实时性和有效性。     

基于YN-vd接线变压器的新型同相牵引供电系统

提出了由一种YN-vd接线平衡变压器和平衡变换装置BCD(Balance Converting Device)构成的铁道牵引系统同相供电方案.平衡变换装置由2个电压型单相有源滤波器构成,用以补偿负载的无功和谐波电流,以及变压器2个副边绕组的不平衡电流.无论牵引负载的性质及负荷的分布情况如何,经过变换之后,变压器的输入侧都表现为三相对称的纯阻性负载.分析了系统的结构和工作过程,提出了单相有源滤波器的状态优化控制方法.以一列满载运行的机车为对象,进行了供电系统的软件仿真研究,仿真结果证实了系统结构和控制方法的正确性.     

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.     

基于多重化DC/DC变换器的储能变流器研究

为了满足越来越大的储能系统规模对大功率储能变流器的需求,将多重化DC/DC变换器引入储能变流器的拓扑结构。对多重化DC/DC变换器的电流纹波及谐波特性的分析表明其具有显著优势。储能变流器的控制策略加入基于直流母线电压的下垂控制。对所研究的储能变流器拓扑结构及控制策略进行仿真并搭建样机。仿真和实验结果表明,所设计的基于多重化DC/DC变换器储能变流器性能具备大功率充放电的功能并且性能优良。