电网电压不平衡工况下双馈感应风力发电机组的自抗扰控制

本文提出电网电压不平衡工况下双馈感应电机(DFIG)的自抗扰控制(ADRC)方法, 抑制不平衡电压引起的电磁转矩和无功功率波动, 延长风力发电机组的工作寿命. 在正、负序同步旋转坐标系中推导了电网电压不平衡工况下DFIG的电磁转矩表达式, 计算出消除电磁转矩波动所需的负序转子电流, 将其叠加到正序转子电流参考值上, 以减小电磁转矩波动. 采用ADRC实现对转子电流的有效控制, 减少控制器对发电机精确模型的依赖, 提高控制系统的鲁棒性. 仿真结果表明所提出的控制方案有效地减小了电网电压不平衡工况下DFIG的电磁转矩和无功功率波动, 同时减小了不平衡电流, 有利于延长DFIG风力发电机组的工作寿命.     

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。     

新颖的双馈风力发电机灭磁控制策略

电网电压突变会引起双馈发电机输出功率波动和电磁转矩振动。造成这些电磁振荡的根本原因是定子绕组中产生的定子磁链暂态直流分量。本文详细分析了定子磁链暂态分量并推导出定子磁链和转子电流之间的数学表达式,在此基础上提出了一种新颖的双馈风力发电机定子磁链定向矢量控制的灭磁控制方法。仿真结果表明,所提出的灭磁控制方法可以在电网电压跌落程度较轻的情况下有效减小双馈发电机定子磁链中暂态直流分量的影响,提高双馈风电控制系统的稳定性,有利于实现风电机组的低电压穿越。     

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.     

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.     

双馈感应电机无速度传感器直接转矩控制方法

风电机组双馈感应发电机运行中,由于参数变化的不确定性导致其无速度传感器直接转矩控制输出值出现异常波动,为保证双馈感应电机的频率稳定性,提出一种双馈感应电机无速度传感器直接转矩控制方法。计算转子磁链同步转速和转差速度,得到发电机的转速观测值;分析转子绕组电压空间矢量,建立磁链模型并构建电磁矩阵,在矩阵中计算定子绕组和转子绕组的磁势矢量,通过二者的矢量积得到电机的电磁转矩;转速和转矩共同组成直接转矩控制系统,实现对电机的速度调节和控制。仿真分析结果表明：采用所提方法时,在双馈感应电机启动后转速迅速增加,且在1.2 s后转速始终保持为1 400 r/min,可保证转子磁链的运行轨迹接近于圆形,直接转矩控制效果平稳。     

双馈感应风力发电系统低电压穿越转子侧新型控制方法

建立了增加定子励磁电流变化的双馈感应风力发电系统数学模型,分析了电网电压跌落时以及电压恢复后系统的响应特性.针对电网电压大值跌落的情况,提出了一种低电压穿越控制方案:首先在转子侧变换器定子磁链定向的矢量控制方案中引入一个补偿项——定子励磁电流的微分项;在此基础上,在发电机的转子侧串联电阻.仿真结果表明,该方法在电网电压大值跌落时,能够对定、转子侧的过电压过电流有明显的抑制作用.     

不平衡电网中三相脉冲调宽整流器的控制

在常规的三相整流器控制器设计中,一般均假设三相电网电压平衡,然而当实际电网不平衡时,传统双闭环控制策略将使直流侧出现严重的二次谐波功率从而严重影响整流器输出品质.鉴于此,本文在分析PWM整流器数学模型和电网不平衡条件的基础上,电压外环采用模糊PI控制,提高直流侧电压动态响应速度,电流内环采用无需进行正负序分解的正、负序电流独立控制策略,实现了不平衡电网下对三相PWM整流器的双闭环控制.仿真结果表明:所设计的控制方法保证了在不平衡条件下直流侧电压快速地稳定,有效抑制了直流侧二次谐波,提高了整流器的运行性能.     

一种改进的双馈风力发电网侧变流器控制策略

针对不平衡电网中负序分量对双馈式风力发电机组输出电压产生二倍频扰动的影响,该文提出了比例积分谐振控制和变结构滑模变结构控制策略相结合的网侧变流器控制策略。将比例积分谐振控制器作为主控制器,抑制电网电流中的负序分量。滑模变结构作为辅助控制器,通过对实时功率控制,实现输出功率稳定输出。并在Matlab/Simulink平台进行仿真验证,结果表明可有效抑制负序分量对风力发电机组的影响。     

双馈感应电机非对称故障分解的推导证明

目前大量有关双馈感应电机非对称故障的分析,都是直接运用对称分量法将其进行分解。原则上这是毫无疑问的,但是没有相关的文章从磁场等效的角度并结合数学推导去证明该方法的可行性。因此,本文首先按照磁场等效的原则,将非对称故障电流分解为正序对称电流和负序对称电流(由于双馈电机中不含中线,故其不存在零序电流)。然后再按照对称分量法将其进行分解得到相应的正序和负序对称电流,最后发现两种方法所得到的正序与负序电流是完全相同的,从而也就从磁场等效的角度严格证明了直接运用对称分量法分解双馈感应电机非对称故障的合理性。     

Real-time Neural Input–Output Feedback Linearization control of DFIG based wind turbines in presence of grid disturbances

This paper proposes a Neural Input–Output Feedback Linearization (N-IOFL) controller for a Doubly Fed Induction Generator (DFIG) prototype connected to the grid. Under unbalanced grid voltages, the existing control strategies need to be modified, becoming very complicated. By using an identifier based on Recurrent High Order Neural Network (RHONN), trained on-line with an Extended Kalman Filter (EKF), an adequate model of the DFIG and of the DC-link can be obtained, which helps the control law based on feedback linearization to reject grid disturbances appearing under non-ideal grid conditions without decomposition process. Based on such identification, the proposed controller is used to track a desired Direct Current (DC) voltage reference at the output of DC-link, to maintain constant the electric power factor controlled by the Grid Side Converter (GSC), and to force independently the rotor currents to track a specified reference defined from the required stator powers, controlled by the Rotor Side Converter (RSC), under both balanced and unbalanced grid conditions. Real-time results illustrate the effectiveness of the proposed controller even in presence of non-ideal grid conditions.     

双馈风力发电机系统的自抗扰神经网络的励磁控制

在双馈发电机传统控制方式的基础上, 将自抗扰控制技术和BP神经网络相结合结合, 应用于双馈风力发电机并网运行的控制上, 提出了一种新的双馈风力发电机并网运行控制方案. 该控制方案具有内外两个控制环, 内环通过BP神经网络实现双馈风力发电机的转子d-q轴电流控制, 外环通过自抗扰技术实现双馈风力发电机定子侧的有功、无功控制. 由于自抗扰控制器利用一阶跟踪微分器和扩张状态观测器对系统扰动进行动态跟踪补偿, 在此基础上输出双馈电机转子交--直轴电流的参考值, 然后将该参考值作为BP神经网络训练样本的输入, 训练后的BP神经网络可以更好地逼近实际转子电压输出量. 论文设计并实现了该方案的具体控制算法. 仿真测试表明: 该控制方案具有优良的动态性能, 对系统的内外扰动具有较强的鲁棒性, 在没有精确的发电机参数情况下依然可实现并网系统的稳定运行.     

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。     

MPPT Adaptive Controller of DC-based DFIG in Resistances Uncertainty

A coordinated adaptive feedback linearization controller (FLC-A) based on a flux observer for DC-based DFIG to track the maximum power point (MPP) is introduced in this paper. The stator and rotor of DFIG are connected to DC grid directly by two voltage source converters. First, an adaptive controller is used to track the MPP on the system which is decoupled by a single-loop feedback linearization strategy. Meanwhile, the proposed controller can estimate and compensate the changes of stator and rotor resistances caused by physical environment in real time, and improve the dynamic performance of the system; second, under the persistent excitation condition (PED), a stator flux observer with online resistance estimation in the stationary reference frame is adopted to replace the traditional flux calculation method or flux meter, which increases system reliability. The stability of adaptive control rate and nonlinear observer is proved by Lyapunov theory. Simulations are carried out to prove the effectiveness and robustness of the proposed control strategy.

     

基于PR控制器的直接转矩控制策略研究

针对传统直接转矩控制中采用开关表控制造成转矩和电流脉动,以及传统调节器不能实现对交流输入信号的无静差控制等问题,基于电机空间电压矢量的转矩和磁链2个分量解耦的控制方式和PR控制器能够在静止坐标系下实现对交流输入信号的无静差控制,将PR控制器用于永磁同步电机的直接转矩控制中,并由此设计出磁链和转矩的双PR控制器。同时,在定子磁链的观测中,采用基于转子位置和定子电流的新型定子磁链估计方法。试验结果证明,将PR控制器对交流输入信号的无静差跟踪特性应用于基于空间电压矢量调制的直接转矩控制中,系统能获得优良的动态和静态响应,取得了显著的应用成效,由此验证了所提方法的正确性和可行性。     

Global adaptive output feedback control of induction motors withuncertain rotor resistance

The authors design a global adaptive output feedback control for a fifth-order model of induction motors, which guarantees asymptotic tracking of smooth speed references on the basis of speed and stator current measurements, for any initial condition and for any unknown constant value of torque load and rotor resistance. The proposed seventh-order nonlinear compensator generates estimates both for the unknown parameters (torque load and rotor resistance) and for the unmeasured state variables (rotor flux); they converge to the corresponding true values under persistency of excitation which actually holds in typical operating conditions. The control algorithm generates references for the magnetizing flux component and for the torque component of stator current which lead to significant simplification for current-fed motors. Simulations show that the proposed controller is suitable for high dynamic performance applications     

Intelligent-controlled doubly fed induction generator system using PFNN

An intelligent-controlled doubly fed induction generator (DFIG) system using probabilistic fuzzy neural network (PFNN) is proposed in this study. This system can be applied as a stand-alone power supply system or as the emergency power system when the electricity grid fails for all sub-synchronous, synchronous, and super-synchronous conditions. The rotor side converter is controlled using the field-oriented control to produce three-phase stator voltages with constant magnitude and frequency at different rotor speeds. Moreover, the grid side converter, which is also controlled using field-oriented control, is primarily implemented to maintain the magnitude of the DC-link voltage. Furthermore, an intelligent PFNN controller is proposed for both the rotor and grid side converters to improve the transient and steady-state responses of the DFIG system at different operating conditions. The network structure, online learning algorithm, and convergence analyses of the PFNN are introduced in detail. Finally, the feasibility of the proposed control scheme is verified using some experimental results.