兆瓦级直驱风电系统及电机控制的研究

在对兆瓦级直驱永磁风力发电系统进行分析的基础上,建立起永磁同步发电机的数学模型,针对双PWM变频器的特点,对永磁发电机的运行控制进行研究,提出发电机的机侧变换器和网侧变换器分开控制的控制方法。     

基于双PWM的兆瓦级风电机组并网控制策略的研究

针对兆瓦级永磁同步发电机组并网的控制要求,根据三相电压型PWM整流器开关函数的数学模型,本文提出了基于背靠背双PWM变流器的风力发电机组的并网控制策略,建立了该策略的等效电路模型,并重点研究了基于直接电流控制双闭环级联结构的三相电压型PWM整流器的控制策略。通过对该并网控制策略的等效电路进行仿真分析,网侧输出的三相交流相电流的总谐波畸变率仅为3.64%,电流波形正弦度良好,验证了该并网控制策略的可行性。     

基于PLC的直驱永磁风电机组机械谐振自动控制方法

为降低变流器的滤波器滤波电容扩大引起的电力系统谐振恶化情况,提出了基于可编程逻辑控制器（PLC）的直驱永磁风电机组机械谐振自动控制方法。首先,基于直驱永磁风电机组结构,构建风力机空气动力模型,分析全功率变流器的功率特性,研究直驱永磁风电机组机械谐振特性;其次,结合研究结果采用PLC编制相关控制程序,应用参数自整定模糊PID控制方法在PLC的中央处理器内保存、处理所编制的程序以及风电机组相关设置;最后,经由中央处理器调动相关指令信息后,以信号形式返回至执行机构完成指令,实现直驱永磁风电机组机械谐振控制。实验结果表明：该方法可较好地抑制直驱永磁风电机组机械谐波电流;全功率变流器并网三相输出侧的电压、电流可在0.10 s内恢复稳定,滤波器三相、单相输出侧的输出电压分别在约0.02、0.12 s接近稳定;同时可有效抑制非线性负载对直驱永磁风电机组电流的扰动。     

直驱风力发电机的功率控制

以直驱式永磁同步风力发电机组为对象,为使风机运行在最佳输出功率下,研究了额定风速下基于转速控制的最大功率点跟踪（MPPT）策略,以及额定风速上基于桨距角控制的功率控制策略。并基于Matlab／Simulink对功率控制策略进行了仿真,初步验证了控制方法的可行性。     

直驱永磁风电系统能量成形与最大风能捕获

针对风速多变及外界干扰情况下风电系统出现的风能利用率低、鲁棒性差及安全可靠性差等问题,提出了一种基于能量成形的直驱永磁风电系统最大风能捕获算法.该算法采用能量成形及端口受控哈密顿(PCH)系统方法,从能量平衡的角度,建立永磁发电机(PMSG) PCH系统的非线性模型,设计了PCH系统反馈控制器.通过基于PCH系统控制器和H∞控制器的叠加反馈,设计出能跟踪最佳转矩且具有扰动抑制的PCH系统H∞控制器.实验结果表明,该控制策略实现了风电系统的变速恒频运行、最大风能利用,验证了理论模型和控制策略的正确性、可行性.     

变频永磁同步直驱电机在氧化铝生产中的应用

在氧化铝生产中电力拖动的主要结构为电机+齿箱,齿箱的存在消耗了机械能,降低了整体的传动效率,造成了能耗的浪费。变频永磁同步直驱电机的应用可以去掉齿箱,提升传动效率,同时永磁同步直驱电机效率也比高效异步电机高。随着永磁材料性能的提升和价格的降低,永磁同步直驱电机还有更大的节能空间。鉴于此,采用变频永磁同步直驱电机对2#溶出磨及石灰石1#皮带进行了节能技术改造,取得了显著的效果。     

永磁直驱风力发电机结构发展研究

直驱式永磁风力发电机具有高功率密度、高效率、高可靠性、低维护成本和电网兼容性好、低电压穿越能力强等优点而成为最具发展前景的风力发电解决方案。介绍了径向磁通、轴向磁通以及横向磁通电机的结构电机的特点以及应用情况,针对目前市场的主流径向磁通永磁风力发电机,综合考虑电机的轴承支撑方式、冷却方式以及内外转子结构,将其分成四种结构,并对每种结构形式的特点加以详细的分析和介绍,并指出各种结构电机的优缺点,对永磁风力发电机结构的发展趋势进行了阐述。     

基于改进SAPSO算法的永磁直驱风力发电机优化

针对永磁直驱风力发电机的重量、成本和效率的优化,将模拟退火算法的Metropolis准则引入粒子群算法,提出了一种改进的模拟退火粒子群算法,并对发电机进行了优化设计。这种改进的模拟退火粒子群算法不接受差解作为粒子群的全局最优,优化结果显示改进后的模拟退火粒子群算法收敛速度更快,寻优精度更高。有限元仿真结果显示,优化后的发电机设计方案达到了设计要求,与优化前的设计方案相比,发电机的重量减轻了15.3%,材料成本降低了14.1%,进一步验证了发电机设计方案的合理性与优化方法的有效性。     

直驱式永磁同步风力发电机组低电压穿越研究

本文对直驱式永磁同步风力发电机组的低电压穿越方案进行了研究,综述了国内外主要的LVRT方案,列举了改进的控制策略,并对常用的Crowbar保护方案进行了分类总结,讨论了各自的优缺点。分析表明,电网故障时可以采用多种方法结合的方式平稳实现LVRT。     

直驱永磁风力发电机电磁仿真分析与优化设计

首先利用Ansoft软件建立直驱永磁风力发电机的Maxwell二维(2D)有限元模型,之后对直驱永磁风力发电机进行斜槽2D仿真分析。在此基础上,以直驱永磁风力发电机的齿槽转矩的减少及气隙磁密的均值为目标,选择Maxwell优化模块中内置的遗传算法作为参数优化的方法,对直驱永磁风力发电机的磁钢宽度、磁钢厚度、磁钢与转子中心距离、转子外径等结构参数进行优化设计。通过对参数优化前后的齿槽转矩及气隙磁密曲线的对比,验证了优化设计方法的有效性。     

双馈风力发电系统的PWM变流技术

为了研究双馈风力发电系统的双脉宽调制（PWM）变流器的控制策略,分析了双PWM变流器的主电路拓扑,建立了基于三相静止坐标系和两相同步旋转坐标系的数学模型,给出了变流器的电压矢量控制方案。研究了电压空间矢量脉宽调制（SWPWM）技术,并利用逻辑函数的卡诺图化简法来判断扇区。在Matlab／simulink环境下对其进行了仿真研究,其结果表明双PWM变流器是理想的励磁变频电源。     

永磁直驱风电系统建模及其机电暂态模型参数辨识

针对基于双脉宽调制(PWM)变换器的永磁直驱风电系统的运行特性,分析了风力机特性、电机侧变换器和电网侧变换器的控制策略,利用Matlab/Simulink建立了反映电力电子开关动作的永磁直驱风电系统详细模型,并在此基础上根据同步电机3阶暂态模型,建立了直驱风机的机电暂态数学模型,采用粒子群算法(PSO)对模型进行了参数辨识。仿真结果表明,该详细模型能够描述永磁直驱风电系统对不同风速的响应,实现风能的最大功率跟踪;机电暂态数学模型与详细模型特性接近,能够从总体上反映永磁直驱风电系统对端电压变化的有功、无功响应,PSO参数辨识有效。研究结果表明,所建立的详细模型能够用于控制方式的研究以改善输出特性,机电暂态模型能够用于研究电网与永磁直驱风电系统的相互影响。     

基于电压矢量注入法的PMSM无传感器控制

针对贴面式永磁同步电机的无传感器控制在低速和静止时一直存在着转子位置难以检测和估算的问题,提出了一种新的无传感器控制策略,即根据定子铁芯的非线性磁化特性,采用电压矢量注入法(Voltage Vector Pulse Method),在电机开始运行时,由闭环自适应磁通观测器估算转子位置、速度,实现转子初始位置检测。最终,通过Matlab仿真和实验,验证了该方法的有效性。     

基于PWM控制的轨道牵引系统变频器设计

牵引电机车变频器广泛采用PWM控制技术，由于它可同时实现变频、变压、反抑制谐波的特点，在将稳定的直流电变成一定频率的交流电时，可根据电机车的实际需要，变化牵引电机的电压频率值，通过双PWM变频调速系统简化硬件，实现电机车的调速控制，提高控制精度和系统的可靠性，且系统简单，具有广阔的应用前景。     

基于极点配置状态反馈的PWM逆变器控制策略

针对逆变电源采用数字化控制时由于时间延迟等因素导致系统稳定度降低、动态调节性能不佳的问题,基于状态空间法对脉宽调制（PWM）逆变器进行了建模,采用极点配置状态反馈控制方法,来改善系统动态性能;同时,引入状态观测器设计,提前一拍给出控制量,从而削弱了时间延迟的影响。最后,通过Matlab仿真验证了该方法的可靠性。实验结果表明,该方法大大改善了系统动态性能。     

交流伺服系统中PID参数模糊自整定控制器

为了改善以交流永磁同步电机为控制对象的伺服系统性能,在PID控制规律和模糊控制算法研究的基础上,提出了一种PID参数模糊自整定控制器。利用模糊推理方法建立了模糊控制规则,对交流伺服电机控制中的PID参数实现了自整定,并在Matlab中进行了仿真。仿真结果表明,该控制器改善了常规PID控制器的性能,使伺服系统具有良好的动、静态性能。     

基于Matlab仿真的永磁同步电动机的直接转矩控制研究

针对永磁同步电动机的特点,结合直接转矩控制方案,对永磁同步电动机直接转矩控制方法和调速控制问题进行了深入的研究。介绍了三相永磁同步电动机在转子坐标系下的数学模型,再以三相永磁同步电动机为基础,分析了永磁同步电动机直接转矩控制系统的原理。仿真结果表明,不同参考转速给定下的系统具有更好的适应性。     

基于TMS320LF2812的永磁同步交流伺服系统

为实现永磁同步交流伺服系统的快速、准确的位置跟踪控制,在分析永磁同步电动机数学模型以及矢量控制原理的基础上,设计了基于数字信号处理器TMS320LF2812的三相永磁同步电机交流伺服系统,并详细论述了该系统的硬件电路构成和软件设计方法,最后根据上述硬件电路及软件编程,对永磁交流伺服系统进行了测试。研究结果表明,基于TMS320LF2812 DSP的三相永磁同步电机交流伺服系统硬件和软件设计合理,系统响应速度良好,可实现精确的位置跟踪。     

基于VB的永磁同步电机设计及优化平台

为解决传统永磁同步电机由于设计计算和查表工作复杂、耗时长、计算修正参数过多而导致精确性较差等的问题,将禁忌算法和模糊控制应用到传统永磁同步电机设计中,利用Visual Basic编写程序,对永磁电机磁路法设计过程进行了编程,建立了动定子结构尺寸和电机工作特性曲线之间的关系,提出了一种优化电机效率和功率因素,调整电机结构尺寸的方法;利用有限元软件对永磁同步电机的电感、功率等几个重要参数加以验证,并进行了瞬态仿真试验。仿真试验结果表明,该优化方法可提高电机的功率因素和效率,减小定子的电流密度,并可有效地优化永磁同步电机。