双电压合成的无刷双馈风力发电系统矩阵变换器励磁控制

为实现双馈型风力发电系统的变速恒频运行控制,构建了能量能够双向流通的励磁装置。矩阵变换器(MC)输出电压的频率、幅值、网侧功率因数可控,通过调节矩阵变换器输出电压频率,改变无刷双馈风力发电机控制绕组的电压频率,从而保证功率绕组输出电功率的频率稳定为工频。矩阵变换器采用双电压合成控制策略,控制电机的转速和功率因数;数字信号处理器应用双电压控制算法、复杂可编程逻辑器件实现4步换流方法,为矩阵变换器的双向开关提供PWM驱动控制信号。基于MatlabR2007a平台构建了MC励磁控制的无刷双馈变速恒频风力发电系统模型,通过实验室搭建的一套实际无刷双馈风力发电机组实验平台进行了相关实验,仿真和实验结果保持了较好的一致性,验证了控制方案的有效性,同时为矩阵式变换器的实际应用提供了理论和实验基础。     

并网型无刷双馈风力发电机组的建模及仿真

建立了无刷双馈电机的数学模型和仿真模型,引入了并网型无刷双馈电机发电系统,同时建立了风力发电系统中矩阵变换器的仿真实验模型,在Matlab/Simulink中分别对并网型无刷双馈发电系统零初始状态启动到稳态运行状态、风速变化、浆距角变化、无刷双馈电机参数变化等情况进行了动态仿真。仿真结果表明并网型无刷双馈发电机模型和运行特性的正确性,为并网型无刷双馈风力发电机组的进一步应用研究提供了可靠的依据。     

无刷双馈风力发电系统的矩阵变换器励磁控制

矩阵变换器(MC)功率双向流通、谐波含量低,由矩阵变换器励磁的无刷双馈风力发电机(BDFWG)系统,无电刷、有功及无功功率可灵活控制,是一类越来越引起关注的变速恒频(VSCF)风力发电技术。为此研究分析了无刷双馈风力发电机和矩阵式变频器的模型;采用数字信号处理器(DSP)与复杂可编程逻辑控制器件(CPLD)的组合结构,制作了一台5kW的矩阵变换器样机;应用直接传递函数调制和4步换流的控制方法,在CCS2与MAX+plusⅡ环境下进行了软件编程,通过仿真结果和样机实验结果的对比分析,验证了系统设计的正确性和可行性,为矩阵变换器的实际应用提供了实验根据。     

矩阵变换器的研制及其无刷双馈发电应用研究

矩阵变换器(MC)具有功率双向流通、谐波含量低、输入侧功率因数为1、输入输出特性好等优点,是当前电力电子技术研究的热点.研究了MC的原理和模型,采用DSP与CPLD的组合结构,应用双空间矢量调制和四步换流控制方法,制作了一台5 kW的MC样机;引入无刷双馈发电机,搭建了一个无刷双馈风力发电模拟平台.样机实验结果验证了MC设计的正确性及其在无刷双馈风力发电中应用的可行性,为MC的实际应用提供了实验根据.     

变速恒频无刷双馈风电机组的励磁电源研究

基于同步坐标下的无刷双馈电机的数学模型,研究变速恒频无刷双馈风电机组的矩阵变换器式交流励磁电源,提出了矩阵变换器的SPWM调制策略,并验证了矩阵变换器可以满足无刷双馈风电机组的运行条件。将矩阵变换器与电压型双PWM控制交-直-交变频器从响应速度和谐波含量方面,进行了详细的分析比较。在相同情况下,采用矩阵变换器励磁时,响应速度优于电压型双PWM交-直-交变换器。对矩阵变换器交流励磁变速恒频无刷双馈风电机组进行仿真分析,发电机组输出电流的谐波含量少。     

变速恒频无刷双馈风电机组的励磁电源研究

基于同步坐标下的无刷双馈电机的数学模型,研究变速恒频无刷双馈风电机组的矩阵变换器式交流励磁电源,提出了矩阵变换器的SPWM调制策略,并验证了矩阵变换器可以满足无刷双馈风电机组的运行条件.将矩阵变换器与电压型双PWM控制交-直-交变频器从响应速度和谐波含量方面,进行了详细的分析比较.在相同情况下,采用矩阵变换器励磁时,响应速度优于电压型双PWM交-直-交变换器.对矩阵变换器交流励磁变速恒频无刷双馈风电机组进行仿真分析,发电机组输出电流的谐波含量少.     

基于矩阵变换器双馈风力发电系统矢量解耦控制

本文结合矩阵变换器、双馈感应电机(DFIG)风力发电系统的优点,导出了双馈电机风力发电系统在同步旋转dq坐标轴下的矢量控制数学模型;针对常规矢量控制中存在电流耦合情况,设计一种新型、简易的电流前馈解耦控制方案.在此基础上,建立基于矩阵变换器交流励磁磁场定向电流解耦矢量控制策略.MATLAB仿真结果表明,当有功、无功功率变化时,电流解耦控制具有良好动态性能.本文设计了11kW风力发电试验装置并进行离、并网实验,当双馈电机处于亚同步、超同步状态时,双馈电机定子电压和频率均能保持稳定,实现变速恒频运行.实验结果表明,基于矩阵变换器交流励磁双馈风力发电系统是可行的,并具有一定的实用价值.     

矩阵式变换器控制系统及其应用研究

研究了矩阵式变换器的双电压控制策略及其在无刷双馈发电机中应用.设计了一套基于数字信号处理器和现场可编程门阵列的全数字控制系统,详细论述了系统设计方案,包括硬件和软件两部分.实验结果验证了该控制策略的正确性和控制平台设计的有效性及其在无刷双馈风力发电中应用的可行性,为矩阵式变换器的实际应用提供了实验根据.     

矩阵式变换器的研制及其应用研究

研究了矩阵式变换器(Matrix Convener,简称MC)的双电压控制策略及其在无刷双馈发电机中应用.设计了一套基于DSP和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)的全数字控制系统,详细论述了系统硬、软件设计方案.实验结果验证了该控制策略的正确性和控制平台设计的有效性,以及在无刷双馈风力发电中应用的可行性,为MC的实际应用提供了实验根据.     

笼式无刷双馈风力发电机的设计及仿真分析

无刷双馈电机是一种新型的变频调速电机,在风力发电方面有着广阔的应用前景。在传统异步电机设计的基础上提出了笼式无刷双馈电机定、转子结构的设计方法。通过使用MATLAB仿真分析软件,对无刷双馈电机在单馈、双馈状态发电情况下的动、静态特性进行了分析,验证了无刷双馈电机设计参数及仿真模型的正确性。     

双级矩阵变换器直驱风力发电系统最大风能追踪

提出了一种双级矩阵变换器(two stage matrixconverter,TSMC)直驱风力发电系统最大风能追踪控制策略。基于爬山法,通过引入中间变量实现对系统捕获风能状态进行判断,在此基础上,提出基于集成控制的最大风能追踪(maximum power point tracking,MPPT)算法。在Matlab中建立了TSMC风电系统仿真模型。仿真结果表明:新的MPPT算法通过对风力发电系统逆变级无功功率分阶段性的控制,不仅具有较好的准确性和稳定性,而且加快了系统捕获最大风能的速度。     

直驱永磁同步风力发电机的最佳风能跟踪控制

与双馈交流励磁风力发电系统相比,直驱永磁同步风力发电系统具有结构简单、发电效率及运行可靠性高等优点。文章采用双脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)变换器作为直驱永磁同步发电机的并网电路,根据风力机和发电机的运行特性提出了一种基于最佳功率给定的发电机最大风能跟踪控制策略。建立了基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电实验系统,实验结果验证了所提出控制策略的正确性。该发电系统可实现最大风能跟踪控制、并网有功和无功功率独立控制以及变速恒频发电运行。     

带储能的双馈风力发电系统控制策略

提出了一种将储能装置接入传统双馈风力发电系统背靠背变换器直流侧的新型双馈风力发电系统,通过对已有的背靠背变换器实施功率控制策略,可以有效地抑制风速随机化引起的风力发电系统并网点输出功率的波动。在分析系统构成及功能的基础上,提出了背靠背变换器相应的功率控制策略,并根据所建立的新型双馈风力发电系统的控制模型,在EMTDC/PSCAD仿真环境以及3kW双馈风力发电系统实验平台下进行了详细的研究和分析。研究结果表明,在风速波动的情况下该系统能够按照优化控制策略得到平滑的功率输出,实现风速的去随机化过程。     

永磁风电系统低电压穿越控制策略研究

针对Boost升压型永磁直驱型风电系统,分析了其发电机侧和网侧变流器的控制策略.为增强其低电压穿越能力,提出了一种基于转子储能和网侧无功优先输出的控制策略.通过减小发电机的有功输出来降低直流侧过电压,通过控制网侧无功输出来提升电网电压.基于Matlab/Simulink 7.10搭建了仿真模型.仿真结果证明了该控制策略的有效性.     

基于SVPWM三电平变换器的变速恒频风力发电系统

分析了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的三电平变换器,提出将其引入变速恒频双馈风力发电系统。整体分析了基于三电平的变速恒频双馈风力发电系统模型,并分别详细分析了基于三电平SVPWM网侧变换器的数学模型和控制结构,机侧空载并网的数学建模和控制结构。仿真结果表明,该三电平变换器有效降低了开关损耗;减小了纹波电流;输出电平增多,减小了电压变化;波形质量得到了很好的改善。仿真结果还表明,该三电平变换器能有效地实现风力发电系统的变速恒频控制,适用于变速恒频双馈风力发电系统。     

永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略

永磁直驱风力发电系统中可采用全功率双脉宽调制（PWM）变换器作为永磁同步发电机（PMSG）的并网电路,当风速变化时,双PWM变换器的直流链电压会随着PMSG输出功率的改变而出现大幅度波动,这将不利于变换器功率器件的安全运行及整个发电系统的稳定运行。结合永磁直驱同步风力发电系统的运行特点,提出一种适用于永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略。系统仿真和实验结果验证了所提出的控制策略的正确性,该方案可显著提高风速变化时双PWM变换器的直流链电压的稳定性,有助于提高发电系统的安全稳定运行能力。     

Z-源稀疏矩阵变换器励磁的双馈风力发电系统

针对矩阵变换器电压传输比低和其励磁的双馈风力发电系统(DFIG)易受非正常输入波动影响的不足,提出了一种适用于DFIG励磁的Z-源稀疏矩阵变换器系统。利用Z-源的升压特性来提高电压传输比,检测电容电压实现对直通因子的自动调节,从而实现对网侧波动的自动抑制。建立了系统数学模型,推导了DFIG系统定子磁场定向矢量控制策略表达式,搭建试验样机对所提方案进行试验验证,在亚同步、同步、超同步三种发电状态下的波形和并网试验结果验证了方案的可行和有效性。     

Performance and efficiency control enhancement of wind power generation system based on DFIG using three-level sparse matrix converter

Nowadays, the power generation systems based on wind turbines is increasing continuously in the world. Hence, there are intense efforts provided by researchers for the development of this area. In high power system applications, multilevel converters are a competitive alternative to the two-level inverters. In this paper, a three-level sparse matrix converter (SMC3l) associated to a grid connected variable speed wind generation (VSWG) scheme using a doubly fed induction generators (DFIGs) is investigated. Therefore, the dynamic behavior of a wind generator, including models of the wind turbine, DFIG, SMC3l control algorithm and power control is studied. Simulation results of the dynamic models of the wind generator are presented, for different operating modes sub-synchronous, synchronous and hyper-synchronous, to show the good performance and the efficiency control enhancement of the VSWG system using the proposed SMC3l.     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励变换器.将传统的电容型母线替换为准Z源网络,当电网正常时该变换器运行于可调电压的单电容型母线状态,当电网电压发生深度跌落时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保证转子侧变换器在故障期间始终可控.搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真与实验系统,仿真与实验结果表明所提强励变换器拓扑具有良好的稳态与动态性能,在电压深度跌落时能够有效控制转子电流,实现双馈风电机组的低电压穿越和无功支撑.     

电网故障下双馈感应式风力发电系统的无功功率控制策略

双馈感应式风力发电机已逐步成为风力发电的主流机型,通常情况下双馈感应式发电机组采用单位功率因数运行的无功功率控制策略。电网发生故障后会导致发电机端电压下降,此时传统的单位功率因数运行方式可能无法保持系统稳定运行,需要风力发电场向系统提供无功功率以帮助系统恢复稳定运行。文中以一座由双馈感应式风力发电机组成的9 MW风电场为例,在电网电压下降为正常水平15%的情况下,分别对保持单位功率因数运行和利用网侧变换器进行无 功补偿的控制策略进行了仿真分析,仿真结果表明,故障清除后通过双馈感应式风力发电机的网侧变换器对电网进行无功支撑可以明显增强系统恢复稳定运行的能力。