双绕组感应发电系统的建压仿真研究

定子双绕组感应发电系统是由功率绕组侧的励磁电容和控制绕组侧的励磁变换器来共同励磁的,有助于减小励磁变换器的容量和体积。实现系统建压是系统正常运行的先决条件,不同大小的励磁电容对于系统的建压会有一定的影响。本文建立了双绕组感应发电机的数学模型,分别对电容自励建压、开环控制的励磁变换器建压以及基于控制绕组定子电压定向闭环控制的励磁变换器建压等三种建压过程进行了仿真研究,结果证明了所提建压方式的可行性。     

低压大电流输出的双绕组感应发电机系统优化设计

提出通过提高定子双绕组感应发电机控制绕组与功率绕组的匝数比来升高控制绕组的电压,从而降低控制绕组励磁变换器电流的设计策略,同时可以省去功率侧的励磁电容器和控制侧的滤波电感,由此构成一种小电流励磁控制大电流功率输出的新型励磁控制系统。利用改进的粒子群算法对1台整流桥输出18kW、28V的样机在转速变比为1：2．5的运行条件下进行了优化设计。结果表明,该优化设计策略有效降低了控制绕组励磁变换器的电流及系统的成本、体积和重量。     

定子双绕组感应电机风力发电系统励磁电容的优化选取

在定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统中,励磁电容的优化选取对控制绕组励磁变换器(SEC)容量的最小化具有重要作用,它不仅与发电机参数、转速范围有很大关系,同时还受风力机功率曲线和负载性质的影响。本文以SEC容量最小化为目标,在分析该发电机励磁无功变化规律的基础上,研究了励磁电容优化选取的原则,采用图解法和迭代法得到带阻性负载下的优化励磁电容值。考虑到整流负载的非线性因素,利用仿真法对该值进行合理调整,最终得到带整流负载所需的优化励磁电容值。在一台18kW带整流负载的DWIG样机系统上进行了实验验证,结果表明,系统在宽转速范围内能稳定运行,励磁变换器容量约为额定输出功率的1/3,实现了励磁变换器容量最小化。     

定子双绕组异步电机变频交流发电系统辅助励磁电容和滤波电感的优化设计

提出了定子双绕组异步电机(DWIG)变频交流发电系统中的两个关键参数——辅助励磁电容和滤波电感的优化设计方法.利用DWIG控制绕组无功电流解析表达式对不同转速和负载条件下的控制绕组无功电流进行了分析,获得了它的变化规律,进而确立了辅助励磁电容的优化原则.待辅助励磁电容优化后,根据控制绕组最大无功电流及电流快速响应要求来确定滤波电感的上限;按照抑制电流谐波能力要求来确定滤波电感的下限.样机实验结果表明,按所提优化设计方法选取的辅助励磁电容和滤波电感是合理、有效的,能保证系统稳定运行,且实现了控制变换器容量的最小化.     

宽风速运行的定子双绕组感应电机风力发电系统励磁电容的优化方案

将控制侧静态励磁控制器(SEC)的直流母线端和功率侧整流桥的输出端通过功率二极管并接起来,可使定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统在宽风速范围内输出恒定的高压直流。鉴于新拓扑和新系统控制策略的特殊性,本文详细分析了系统在高低风速两种运行状态下的控制绕组电流变化规律,并在此基础上以SEC容量最小为目标,研究了新系统的励磁电容优化方案。方案运用Simulink仿真得到励磁电容变化对控制绕组电流的影响,并依据仿真结果运用循环计算和实验验证相结合的方法,最终得到最优的励磁电容值及最佳的切换转速。实验结果证明了该优化方案的正确性和有效性,新系统在保持SEC容量为电机额定功率1/3的情况下实现了宽风速运行,充分利用了低风速下的风能。     

带整流桥负载的定子双绕组感应发电机系统宽转速运行时的稳态特性

针对带整流桥负载的定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator, DWIG)系统在宽转速范围内运行时的稳态运行特性进行了研究。建立了带电容滤波的整流桥负载的DWIG系统数学模型,指出整流桥负载是具有容性的非线性负载,提出了采用数学仿真的方法进行励磁电容的选取以降低变换器容量。采用控制绕组端电压定向的控制策略,对一台18 kW、270 V带整流桥负载的DWIG系统在变速时稳态规律进行了仿真和实验研究,结果表明发电机系统能够在4 000~8 000 r/min宽转速范围内稳定运行,控制绕组最大功率为功率绕组额定输出功率的37%,控制绕组电流的最大有效值为功率绕组电流额定值的21%,与输出功率比较,实现了大幅度降低控制侧变换器容量的目的。     

变速运行的双绕组异步发电机控制绕组无功容量的优化分析

新型的静止励磁调节器控制的双绕组异步发电机控制绕组无功容量的最小化是系统优化的关键问题,它与电机参数、负载、转速及变比、功率输出端励磁电容等有很大关系.在分析传统电容励磁的三相异步发电机变速变载运行机理的基础上,研究了变速变负载运行时控制绕组的无功容量最小化时励磁电容的取值方法.所得结论有助于该新型发电机系统的优化设计及控制.     

宽变速运行的双绕组感应发电系统优化的研究

宽变速运行的双绕组感应发电系统相对于恒速运行,在电机的设计及系统控制等方面需要有特殊的考虑。介绍了宽变速运行的双绕组感应发电机的优化设计特点,为实现控制绕组励磁变换器容量的最小化,给出了励磁电容和发电机参数同时优化的设计策略,对一台原理样机进行了优化设计。利用控制绕组定子磁场定向控制策略,在dSPACE仿真平台进行了试验研究,结果证明,在1:2的宽变速运行范围内,空载和额定负载运行条件下,控制绕组与功率绕组的容量比可降到1/3左右,这对于降低控制绕组励磁变换器的容量、体积和成本很有意义。     

双凸极电机励磁回路控制模式的研究

电励磁双凸极起动/发电机在恒转矩起动阶段为使输出转矩最大,通常将恒定电压直接加在励磁绕组上,使励磁电流工作在最大饱和值,并认为维持不变。但在实际过程中由于励磁磁场与相绕组磁场的耦合,导致励磁电流受相电流、转速影响而被削弱,引起输出转矩的降低。该文通过理论与仿真分析了起动过程恒励磁电压控制模式下励磁电流的变化规律,并通过实验验证了起动过程相电流、转速对励磁电流的影响,在此基础上对电励磁双凸极电机恒转矩起动阶段提出励磁电流控制的方法,仿真与实验结果均表明电励磁双凸极起动/发电机励磁回路在恒转矩起动阶段必须在恒励磁流控制模式下以保证输出转矩恒定。     

电网短路时交流励磁风电机组网侧变换器控制策略

电网短路故障时交流励磁用双脉宽调制(PWM)变换器应提供足够的励磁电压实现交流励磁发电机的不间断运行,要求双PWM变换器直流链电压在故障时波动较小。分析并提出一种电网短路故障时交流励磁风电机组电网侧变换器的控制策略,该方案在电压跌落时仅利用电流内环控制电网侧变换器,并于电压正常时采用带前馈的双闭环电压控制策略控制电网侧变换器。通过仿真验证了所提出的方案在电网短路故障发生和切除时稳定控制直流链电压的有效性,为故障过程发电机不脱网励磁控制奠定了基础,同时该方案也能有效保护直流侧电容及提高系统的稳定性。     

Implementation of parallel zero‐voltage switching converter with series‐connected transformers

This paper presents a parallel zero‐voltage switching (ZVS) DC–DC converter with series‐connected transformers. In order to increase output power, two transformers connected in series are used in the proposed converter. Two buck‐type converters connected in parallel have the same switching devices. The primary windings of series‐connected transformers can achieve the balanced secondary winding currents. The current doubler rectifiers with ripple current cancellation are connected in parallel at the output side to reduce the current stress of the secondary winding. Thus, the current ripple on the output capacitor is reduced, and the size of the output choke and output capacitor are reduced. Only two switches are used in the proposed circuit instead of four switches in the conventional parallel ZVS converter to achieve ZVS and output current sharing. Therefore, the proposed converter has less power switches. The ZVS turn‐on is implemented during the commutation stage of two complementary switches such that the switching losses and thermal stresses on the semiconductors are reduced. Experimental results for a 528‐W (48 V/11 A) prototype are presented to prove the theoretical analysis and circuit performance. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

High Efficiency Drive Method of an Open‐Winding Induction Machine Driven by Dual Inverter Using Capacitor Across dc Bus

This paper proposes a highly efficient drive method for an open‐winding induction machine with a single constant voltage source and a single capacitor. By focusing on the phase voltage of the open‐winding machine, which is determined by the phase difference and the dc voltage of each power converter, it is possible to control the peak value of the phase voltage by controlling the voltage of the capacitor. Thus, a reduction in the iron loss due to harmonic voltage in the open‐winding machine is expected. In the proposed method, the voltage of the capacitor is controlled by the difference between the two reference voltages of the power converter, which depends on the machine power factor and the phase difference of the power converter connected to both ends of the winding. Based on experimental results, the converter loss and the machine loss can be reduced by controlling the voltage of the capacitor in accordance with the machine speed using the proposed method.     

变速运行的定子双绕组感应发电机电磁优化设计

文中提出了变速运行时通过电机本体参数与励磁电容同时优化来实现双绕组感应发电机控制绕组励磁调节器容量最小的优化设计策略，推导了控制绕组电流与电机参数的关系式，给出了3/3相双绕组结构的dq轴互漏感解耦的选取原则以及变速运行的磁路设计特点，以此建立了具有航空电源特点的优化设计数学模型，并采用动态全域映射收缩算子的复合形法对一种双绕组感应发电机进行了优化设计。样机设计结果表明，该优化设计策略可以有效地降低控制绕组励磁调节器的无功容量、系统成本和体积。     

基于R_d阻尼型LCLLC滤波器的永磁同步发电机绕组谐波抑制

在永磁风力发电系统中,为了减轻机侧变流器产生的脉宽调制(PWM)高频脉冲波对定子绕组的绝缘损害,降低谐波电流造成的发电机损耗,在分析传统PI控制策略的基础上,提出了一种新的策略。将谐振控制器与二自由度(2DOF)PID控制器相结合,设计谐振二自由度PID(R-2DOF PID)控制器,并通过粒子群(PSO)算法优化控制器参数,获得较强的电流跟踪能力、稳定的控制和良好的谐波电流抑制效果。同时,在机侧变流器端设计Rd阻尼型(滤波器电容支路串联电阻)LCLLC滤波器衰减PWM高频脉冲中的高次谐波,与传统PI控制结合Rd阻尼型LCL滤波器的谐波抑制策略相比,提出的控制器不仅能抑制电流谐波,实现电流环的无差拍控制,而且能减小外界扰动带来的影响,增强控制器的动态稳定性。使用MATLAB/Simulink对永磁同步发电机进行仿真试验,仿真结果表明,LCLLC滤波器对于滤除PWM高频脉冲的谐波成分效果较好,R-2DOF PID控制器可对周期信号进行无误差跟踪,达到抑制谐波的目的。     

基于定频MPC的飞跨电容储能双向直流变换器低频波动功率抑制策略

为抑制直流母线低频波动功率对储能系统的影响,以飞跨电容双向直流变换器为研究对象,提出基于单目标定频模型预测控制(model predictive control, MPC)低频波动功率抑制策略。为降低传统MPC算法的运算负荷,通过对变换器数学模型进行分析,提出一种单目标定频MPC控制算法。该算法仅需通过电感电流单目标约束函数,即可实现对系统电流及双端飞跨电容电压的控制,无须对两端飞跨电容电压进行独立寻优,极大地降低了计算量。为实现对储能系统低频波动功率的抑制,引入低频波动功率抑制算法,通过与所提MPC算法的融合,使最终控制方案能够在实现储能控制目标的前提下,具备低频波动功率抑制能力,且保持良好的动态性能。通过搭建小功率实验平台对所提控制策略的有效性进行了验证。     

直流故障下基于交流侧馈能的MMC换流站主动限流策略

模块化多电平换流器(modular multi-level converter, MMC)直流侧发生接地短路时,故障电流具有上升快、峰值高的特点。为减小断路器开断应力,从能量角度出发,对子模块和桥臂动态过程进行分析,建立考虑交流侧功率影响的直流故障下MMC等效放电模型,推导出了故障电流表达式。提出一种基于交流侧馈能的主动限流策略,通过引入前馈控制,对含物理限流电阻的控制框图进行变换,等效增大直流侧限流电阻。并对其参数进行整定,进而将故障时电容部分能量馈入交流侧,达到了降低故障时电流上升率和电流峰值的目的。该控制方式不仅抑制交流侧电源向故障点放电,而且减小了直流电容向故障点的放电电流。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了四端环状MMC输电网模型,验证了所提方案的可行性。     

具有电压负反馈绕组的新型反激式单级功率因数校正变换器

提出一种具有电压负反馈绕组的新型反激式单级PFC变换拓扑。电压负反馈绕组的引入能够抑制中间储能电容电压,减小开关管的电压电流应力,解决了DCM PFC+ CCM DC/DC模式下轻载时,中间电容电压过高的问题,并且一部分输入功率将通过负反馈绕组直接传向负载,提高了变换器的效率。通过对电路工作模态和稳态的分析,可以得出该变换拓扑不仅具有较好的功率因数校正能力,还具有开关管电压应力低、效率高等优点。实验结果证明了该变换拓扑的优越性。