基于MRAS的双馈风力发电机无速度传感器直接转矩控制

针对速度传感器安装不方便、成本高,磁链观测对电阻依赖性强的问题,提出一种基于模型参考自适应策略的速度、电阻自适应转子磁链观测器,该观测器以转子电流和转子磁链为状态变量,应用李雅普诺夫稳定理论获得转速自适应律,实现转子转速和定子电阻辨识.建立了Matlab/Simulik环境下的双馈风力发电机无速度传感器直接转矩控制系统的仿真模型,仿真结果表明该方法可实现转子磁链的精确辨识,有效减少双馈发电机的定子电阻对系统特性的影响,提高了系统的稳定性和鲁棒性.     

双馈风力发电机无速度传感器控制

提出了一种新型的基于模型参考自适应原理的双馈风力发电机的无速度传感器矢量控制方案.根据双馈风力发电机运行的特点,针对双馈发电机并网前空载励磁阶段和并网后发电运行阶段分别采用了不同的无速度传感器矢量控制方案.在发电机并网前,根据双馈发电机空载时定子侧电压矢量的q轴分量估计发电机并网前转速及转子位置.在并网运行阶段采用了一种基于双馈电机磁链关系的模型参考自适应方法进行转速及转子位置的跟踪.最后在理论分析的基础上,在实验室的双馈风力发电机组模拟平台上进行了实验研究.实验结果证明了该文提出的双馈风力发电机无速度传感器矢量控制方案的正确性和可行性.     

双馈风力发电机无速度传感器矢量控制

针对风力发电系统中的双馈电机提出一种转子感应电势定向矢量控制方法。通过调节双馈电机转子侧的瞬时有功电流和无功电流,实现对电机力矩和转子侧励磁电流的调节,进而实现双馈电机无功功率调节。在控制过程中只需检测交流侧电流电压,不需要位置传感器,所以可以应用无速度传感器。最终通过仿真试验证明该方法的正确性和实用性。     

无刷双馈发电机模糊PI无速度传感器控制

为克服无刷双馈发电机(BDFG)常规模型参考自适应无速度传感器控制的不足,增加控制器的通用性,提出模糊PI控制策略,在线调整PI参数,优化速度的估计。基于Matlab/Simulink建立小信号仿真模型,仿真结果显示该文提出的模糊PI自适应速度观测器在静态情况下能精确辨识电机速度,在动态时有较好的快速性,系统有较强的鲁棒性。在实验室BDFG平台上进行对比实验,仿真和实验均验证了模糊PI控制方案的优越性。     

基于任意时刻电网故障下的双馈风力发电机定子磁链全响应研究

为研究双馈风力发电机(DFIG)定子磁链的全响应与电网故障发生时刻的关系,通过求解DFIG状态方程,得到任意时刻故障下DFIG定子磁链的解析表达式;利用坐标分解方式研究了定子磁链稳态响应与故障时刻的关系;通过分析定子磁链直流分量的大小,研究了定子磁链自由响应与故障时刻的关系。结果表明,定子磁链稳态响应与故障时刻无关,且其大小随故障时刻的变化呈现2倍工频周期的变化规律。最后通过搭建Matlab/Simulink模型仿真验证了推导公式的准确性和理论分析的正确性,为DFIG低电压穿越时转子侧的控制策略提供了一定的理论依据。     

基于预估器和神经网络的双馈风力发电机无位置传感器控制

在分析双馈风力发电系统的结构特点后,建立基于电网电压定向下双馈发电机的数学模型。采用神经网络在线逼近转子电流状态方程中的未知项,并通过引入转子电流预估器,减小控制律的抖动。Lyapunov稳定性分析结果表明闭环系统所有变量一致最终有界,且通过调节设计参数可使跟踪误差尽可能小。为了实现无位置传感器控制,从未知项的估计值中计算出转差电角速度,并借助定子电压检测值与计算值构成闭环转子位置观测器。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

无刷双馈风力发电机滑模功率解耦控制

首次采用现代控制理论中的滑模变结构方法研究了无刷双馈发电机(BDFM)运行时有功功率与无功功率的解耦控制,在状态方程的基础上,应用Lyapunov函数求得了有功功率与无功功率的滑模控制律,并在Matlab/Simu-link基础上建立了系统的仿真模型。仿真结果表明,滑模变结构控制能够有效的实现有功功率与无功功率的解耦控制,并实现了风能的最大功率捕获,证明了该控制策略的有效性。     

基于无源化方法的双馈感应风力发电机功率控制

针对目前感应电机无源性控制方法的不足,提出一种基于无源化方法的双馈感应风力发电机功率控制方案。该方案从功率控制的角度考虑,设计新的状态期望值计算方法。根据定子端有、无功功率目标值直接计算出定子电流的期望值,从而实现有功功率和无功功率的独立控制;然后结合定子电压方程计算出转子电流参考值。此计算方法无需给定定子磁链,从而可避免给定定子磁链不准确而引起定、转子电流及定子磁链跟踪误差的问题;设计定子电流反馈控制器,不仅可改善系统的无源性,且可提高定子电流和定子磁链的跟踪性能。仿真结果表明所提控制策略是有效的。     

无刷双馈风力发电机的理论分析

介绍了无刷双馈发电机的结构和变速恒频发电原理。从电机稳态模型出发,分析了无刷双馈电机作为变速恒频发电机在各种不同转速范围内各定、转子间的能量传递关系,得出了无刷双馈电机适用于风力发电的结论。     

基于改进PSO的无刷双馈风力发电机优化设计

以无刷双馈风力发电机(BDFG)为研究对象,建立BDFG的优化设计模型,提出相应的优化目标、优化变量和约束条件。针对粒子群优化(PSO)算法易出现早熟收敛及陷入局部最优的现象,提出一种全参数振荡粒子群优化(OAPS-PSO)算法。在此基础上,采用OAPS-PSO算法对一台5 k W的BDFG样机进行优化设计,分别以有效材料成本最低和平均效率最高为优化目标,得出两套BDFG优化方案。结果表明,通过优化可使样机的有效材料成本下降6.9%或平均效率提高3.3%,说明该文提出的OAPS-PSO算法可有效应用于BDFG的优化设计。     

双馈感应风力发电机的无源性控制方法研究

基于双馈感应风力发电机Euler-Lagrange系统模型,设计了本质上是非线性反馈的无源性控制(PBC)策略,实现了负载转矩时变未知情形下磁链、转速的渐近跟踪控制.针对实际运行时风力发电机参数具有不确定性的问题,将PBC方法与自适应控制相结合,不仅可实现电机参数摄动时期望电流轨迹的准确跟踪,并可有效抑制由电阻、电感变化引起的跟踪误差.该方法从能量角度分析风力发电控制系统,确定不必抵消的"无功力",设计全局定义的控制律,具有形式简单、无奇异点、鲁棒性好等特点.基于dSPACE 的实验结果证明了该控制策略的有效性.     

无刷双馈风力发电机的自抗扰解耦控制

针对无刷双馈电机(BDFM)结构的复杂性、随环境的可改变性及传统的PID控制在BDFM中应用不理想等,提出了一种新型基于扩张观测器的非线性PID控制——自抗扰控制方法来实现对风力发电系统有功功率和无功功率的解耦控制。仿真结果证明了该方法的正确性和有效性,具有更强的鲁棒性和可实现性。     

变速恒频无刷双馈风力发电机的直接转矩控制

针对变速恒频无刷双馈风力发电系统,分析无刷双馈发电机的最大吸收功率与转速之间的关系,提出采用直接转矩控制方法,通过控制发电机转矩和功率因数来调节其有功功率,进而实现最大风能捕获,提高发电效率。此外,还针对无刷双馈发电机内部磁场关系复杂的特点,提出一种新型的速度观测方法,以两相静止坐标系作为参考坐标系,通过估算转子磁链同步旋转速度和转差速度来估测发电机转速,进而实现无速度传感器控制,以提高系统可靠性。由仿真结果可以看出,通过快速调节发电机转矩可以有效获得最大吸收功率,所设计的速度观测器也能快速准确地估算出发电机转速。     

开绕组无刷双馈风力发电机的直接功率控制研究

为了提高无刷双馈风力发电机系统的控制灵活性和故障冗余能力,进一步减小所需变频器容量,实现最大功率跟踪,提出一种具有开绕组结构的无刷双馈风力发电机及其直接功率控制系统。将无刷双馈发电机(brushless doubly-fed generator,BDFG)的控制绕组端设计为开绕组结构,采用双端供电式级联型两电平逆变器与控制绕组两端连接对开绕组BDFG(open-winding BDFG,OW-BDFG)进行励磁,可对各相控制绕组电流进行独立控制。针对该种由双逆变器馈电的OW-BDFG,提出采用混合矢量直接功率控制(direct power control,DPC)方法以实现最大功率跟踪,该种控制方法结构简单,计算量小,且无需观测磁链大小,实时性好。最后,通过仿真研究验证所提出OW-BDFG直接功率控制系统的有效性和可行性。     

直驱风力发电机无位置传感器控制

提出一种在宽转速范围内均适用的永磁同步电机位置、转速估算方法,该方法通过在低速段采用脉动高频注入法,中、高速段采用基波反电势追踪法,并且在过渡频带遵循任何时刻只采用一种位置计算结果的原则,得出位置、频率信号。仿真结果表明,该方法实现了全速范围内转子位置和速度的准确、快速检测。     

双馈风力发电机运行控制及其空间矢量分析

以分析双馈风力发电机交流励磁的电磁本质为目标,运用空间矢量理论建立了双馈风力发电机的空间矢量模型;在此基础上,建立了变速变桨双馈风力发电机组的整机模型,给出了不同运行状态下的仿真曲线。在转子绕组自行闭合与加入转子交流励磁2种情况下,对双馈电机中定转子磁动势空间矢量的相位变化进行对比,揭示了交流励磁对于改变转子磁动势空间矢量相位的作用。研究结果表明,当双馈电机运行在亚同步状态时,通过控制交流励磁电流可以使转子磁动势空间矢量的相位超前于定子磁动势空间矢量的相位,从而使双馈电机在转速低于同步转速时也能处于发电状态。     

双馈风力发电机的频率控制策略研究

提出了双馈风电机组参加频率控制的2种控制策略,惯性控制策略和下降速率控制策略,建立了2种控制策略下的双馈机组的控制器模型.为充分发挥双馈发电机和常规发电机的快速功率调节能力,下降速率控制策略采用冲失滤波器提取频率变化的高频信号做为双馈发电机的频率输入信号,并对双馈机组的控制参数提出了基于ISE优化设计方法.建立了含风电机组的两区域AGC控制系统模式,进行了负荷扰动仿真,对2种控制策略下的系统动态性能进行了比较.仿真结果表明,基于下降速率的控制策略可以使双馈风电机组在频率调节中充分发挥有功调节作用.