轴向磁场磁通切换型永磁风力发电机矢量控制实验研究

介绍了将矢量控制技术应用于轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)风力发电机,研究了AFFSPM电机在直驱风电系统中的动态转速响应。采用转速-转矩曲线模拟风力机特性,以一台三相12/10极AFFSPM发电机作为控制对象,搭建了基于DSP的AFFSPM直驱风电系统整流侧实验平台。根据叶尖速比控制给出转速指令,应用磁场定向矢量控制策略对AFFSPM风力发电机进行了转速跟踪实验。实验结果表明,直驱风电环境下的AFFSPM发电机在采用磁场定向矢量控制时具有快速、准确的转速响应。     

一种新型的永磁同步风力发电机并网系统

提出一种基于固态变压器的永磁同步风力发电机并网系统。在并网变流器中加入高频变压器,实现整流和逆变部分的电气隔离,高压侧变流器的输出电压达到10 kV, 从而减小了并网电流。在直流侧增加超级电容储能装置,使风电机组具备较强的低电压穿越能力。对系统的关键控制部分进行分析设计,建立了系统仿真模型。研究结果表明,所设计的新型风电并网系统能够明显减小并网冲击电流,并具有很强的低电压穿越能力,是一种有效的永磁同步风力发电机并网方法。     

轴向磁通永磁同步发电机的优化设计研究

利用田口方法确定了极弧系数和线圈边宽度是主要影响轴向磁通永磁发电机空载电压基波幅值和总谐波失真度的参数.在考虑磁密谐波的情况下,推导了电动势的谐波绕组系数表达式,结果发现通过优化线圈边宽度和极弧系数可以控制谐波绕组系数的大小.进一步利用响应曲面方法,以空载电压基波幅值最大且总谐波失真度最小为优化目标,寻求了极弧系数与线圈边宽度配合的最优方案,并通过有限元仿真计算验证了优化结果.优化前后发电机目标性能明显改善,证明了此优化方法在轴向磁通永磁电机优化设计中的可靠性.     

永磁同步风力发电机并网运行研究

首先比较了2种主流变速恒频风力发电系统,再对永磁同步发电机系统的并网电路进行了分析。针对不控整流器加并网PWM变换器这种结构,提出采用直流母线电压控制同时实现并网与最大风能跟踪。分析了并网PWM变换器通过功率解耦控制直流母线电压的原理,提出采用直流母线电压作为参数的直接并网方法。分析了直流母线电压与发电机转速间的关系,提出采用直流电压变步长扰动替代转速定步长扰动实现最大风能跟踪。进行了详细的仿真,证明提出的控制策略简单可行,具有实用价值。     

轴向磁场磁通切换型永磁电机矢量控制

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种新型结构的定子永磁型双凸极电机.分析了AFFSPM电机结构和工作原理,确定了矢量控制系统方案,给出了采用无刷直流控制方式起动时寻找转子零点位置的方法.针对AFFSPM电机定位力矩对系统性能的影响,建立了AFFSPM电机控制系统仿真模型.以一台三相12/10极AFFSPM电机为样机,进行了AFFSPM电机矢量控制的无刷直流方式起动,空载和负载调速试验.试验结果表明,AFFSPM电机矢量控制系统具有良好的起动、调速性能及较好的抗负载扰动能力.     

磁通切换永磁电动机的矢量控制研究

由于具有双凸极结构和较高的气隙磁通密度等特点,磁通切换永磁电动机不可避免地存在着较大的定位转矩。针对以往基于Matlab/Simulink平台的磁通切换永磁电动机控制系统忽略定位转矩这一问题,构建了考虑定位转矩影响的数学模型,并搭建了相应的矢量控制系统。仿真结果表明该系统能够更为真实地反映实际物理模型,有着良好的稳态和动态性能。     

一种新型永磁同步发电机的研究

介绍了一种新型永磁同步发电机的设计方法和工作原理；提出了数学模型及控制方案。仿真结果表明．这种新型永磁同步发电机具有良好的负载特性。     

一种新型组合式横磁通永磁风力发电机

在研究现有横磁通永磁电机结构的基础上,提出一种新型横磁通永磁风力发电机设计,其高转矩密度、低速、无刷化的特点非常适宜在直驱式风力发电系统应用。发电机整体由多模块组合而成,每个模块采用组合式定子结构可以降低加工难度,聚磁式转子设计显著提高了每极磁通。该电机各相之间实现了电磁和结构的双重解耦,设计自由度大,在综合考虑转矩密度和漏磁比例的基础上确定了电机的主要尺寸。通过三维有限元法进行了样机的磁场分析和性能计算,研究表明横磁通永磁发电机的输出电压调整率比传统永磁同步发电机小,输出电压的稳定度高。样机实验与计算结果基本吻合,验证了设计方法的正确性。     

虚拟同步发电机的并网功率控制及模式平滑切换

现有控制策略难以在电网频率发生波动时实现并网虚拟同步发电机(VSG)的恒功率控制与惯量、阻尼支撑相互协调控制。针对此问题,提出一种VSG的PQ控制模式,使得并网状态下VSG能够实现稳态恒功率运行,同时在动态过程中可以为系统提供惯量支撑。对比分析VSG功率环模型与基于虚拟功率的锁相环模型,提出将功率环模型校正为有零点典型二阶系统,在保持同步机制的同时实现电网频率扰动下VSG的PQ控制模式。通过比例—积分(PI)环节与惯性环节的切换以及参数设计来实现恒定稳态有功功率控制与频率下垂控制之间的平滑切换;从输入和扰动响应这2方面对恒定有功功率控制与频率下垂控制模式进行对比分析。最后,对这2种模式的稳定运行与平滑切换进行了仿真和实验验证。结果表明:PQ控制模式的有功功率控制稳态性能明显优于频率下垂模式,动态性能则弱于频率下垂模式。     

一种改进型虚拟同步发电机控制方法研究

新能源发电系统中,目前的传统并网控制方式很难满足电网要求,基于虚拟同步发电机(VSG)的并网方式成为研究热点。此处提出一种改进型VSG控制方法,具有传统同步发电机组惯性、调频调压等功能,无需锁相环检测电网频率来实现有功功率-频率下垂控制。首先介绍该控制方法的基本原理:然后给出控制参数的设计方法;最后采用仿真及实验对所提的控制方法进行验证,仿真及实验结果表明该方法能有效调节逆变器的输出功率并且与电网保持同步,在不检测电网频率时也能自动跟随电网频率调整有功输出。     

磁通切换型无刷直流发电机的单周期控制研究

混合励磁磁通切换电机(FSHM)是一种新型定子励磁型交流无刷电机。针对PWM整流装置因加装位置传感器而带来的成本增加、系统运行可靠性下降等问题,采用对频率、相位和电机参数变化不敏感的单周期控制技术作为无位置传感器直流发电系统的基本控制策略,并给出了系统实现方案。在建立FSHM外电路等效数学模型的基础上,从控制系统稳定性和快速跟踪性能两方面探讨了将电机等效合成电感用作变换器储能电感的可行性;结合简化小信号模型给出的电压开环传递函数,采用符号化相位裕度分析了电压控制器参数的选取依据。最后通过仿真与实验验证了理论分析的正确性。     

永磁同步发电机加载方法研究

通过对永磁同步发电机负载试验不同加载方法的分析,结合公司试验现场现有试验设备,对某型号345kW永磁同步发电机制定了一套可行的负载加载方案,实现了永磁同步发电机有功功率的无级可调。通过分析计算选择合适的三相异步电动机空载运行于永磁同步发电机的输出端,实现了永磁同步发电机无功功率的调节。并对该永磁同步发电机进行了加载试验验证,试验记录了负载试验时永磁同步发电机各项性能参数,对试验结果与理论分析进行对比分析,验证了本文提出的永磁同步发电机负载试验加载方法的可行性。     

一种改进的永磁同步发电机模型预测直接转矩控制方法

传统的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)模型预测直接转矩控制方法(model predictive direct torque control,MP-DTC)通常在同步旋转dq坐标系上实现预测控制,这导致该算法需要复杂的坐标变换单元,且对发电机的参数变化较敏感。针对这一问题,提出了一种改进的PMSG MP-DTC方法。该方法首先采用全阶滑模观测器在静止坐标系上观测等效反电动势,然后根据观测的等效反电动势和采样的定子电流实现静止坐标系上的定子磁链和转矩预测,从而避免了复杂的坐标变换运算,提高了参数鲁棒性,改善了系统的动态特性。实验结果表明,所提算法有效提高了系统的动态特性和参数鲁棒性,并明显减小了计算负担。     

五相磁通切换永磁电机滑模控制

针对传统五相磁通切换永磁电机控制方法的不足,提出一种新颖的小波滑模控制算法,在分析五相磁通切换永磁的工作原理和数学模型基础上,以五相电机转子速度和负载转矩为观测对象,以速度误差为基本变量,设计具有积分和小波运算功能的滑模面,利用小波多尺度因子和指数趋近律调节滑模切换过程,减少滑模抖振,给出了q轴电流的控制律,同时为抑制五相磁通切换永磁电机定位力矩的不利影响,设计注入补偿电流方法,减少了转速和转矩脉振。仿真和实验结果表明所提出的滑模控制方法可以提高五相电机系统的稳定性和动态性能,提高对负载转矩变化的鲁棒性。     

磁通切换型永磁电机转矩脉动抑制

磁通切换型永磁电机（简称磁通切换电机）是定子励磁型电机的一种,由于它在定子和转子上都开槽,因此,加载运行时尤其在低速时具有较大的转矩脉动和振动噪声。在这类电机中,由于交直轴电感几乎相等,因此其磁阻转矩平均值几乎为零,但是,会引起一定的转矩脉动。该文运用冻结磁导率方法,研究了磁通切换电机的磁阻转矩及其引起的转矩脉动产生机理;同时,该文也研究了磁阻转矩随电枢电流和定子绕组结构的变化规律。研究结果显示:在采用id=0控制时,磁阻转矩对输出转矩没有贡献,其平均值几乎为零,只会导致转矩脉动。此外,该文也分析了定、转子分别削角对磁阻转矩的影响规律。研究结果显示,采用转子直角削角和定子圆角削角相结合的方式可以使转矩脉动由25.3%降低到5.3%。     

磁通切换型永磁电机非线性磁网络分析

提出了一种磁通切换型永磁电机(Flux-Switching Permanent Magnet,FSPM)的通用非线性磁网络模型,该模型可以考虑磁场饱和的影响,能对气隙磁通密度分布、电枢线圈永磁磁通和感应电动势等电磁性能进行计算。针对一台三相定子12槽/转子10极的磁通切换永磁电机,首先建立了该电机的原始磁网络模型,并利用有限元法进行了验证。然后基于原始模型,进一步综合考虑局部饱和影响,提出了初始模型。为了进一步提高磁网络分析的精度,在初始模型基础上,又提出了两种新的磁网络模型——多段永磁支路模型和导磁桥模型,其计算结果更为精确。上述磁网络模型的分析结果均得到了二维有限元计算和实验结果的验证。通过对比可知,上述磁网络模型中导磁桥模型具有最高的分析精度。     

基于虚拟同步发电机并网逆变器的控制方法研究

针对电力电子逆变接口的分布式电源不具备保证系统稳定运行的旋转惯性和阻尼分量的问题,本文以分布式电源系统建模及控制策略分析为基础,提出了一种工作在并网模式下的虚拟同步发电机控制策略。依据同步发电机的原理,设计了有功频率控制算法和无功电压控制算法,在Matlab/simulink环境中搭建了10 k W的光伏并网系统。仿真结果表明,基于虚拟同步发电机的光伏并网逆变器具有与同步发电机相似的调频调压特性,能够较好地适应电网运行要求。     

新型五相磁通切换永磁电机容错控制研究

介绍了新型五相磁通切换永磁电机的结构和工作原理。针对其电感较大的特点,提出了一种新型容错控制策略,该方法通过控制磁动势保持不变,并考虑了电机故障条件下磁阻转矩的作用。建立了电机驱动系统的瞬态场路耦合仿真模型,并通过仿真结果验证了容错控制策略的正确性,与传统容错控制策略相比,该方法可以提高故障条件下电机的转矩性能。     

基于内模控制器的永磁同步发电机并网控制系统研究

研究了一种应用新型PI调节器参数整定方法的永磁同步发电机并网系统,将内模控制器原理应用于电机的矢量控制并网环节,并进行了等效简化,减少了调节器参数整定数量,降低了参数整定环节的难度,从而达到优良的控制性能。同时,给出了对应的参数整定公式,并在MATLAB/Simulink软件中搭建基于内模控制器的PMSG并网控制系统模型,通过仿真实验验证了PMSG具有较强的动态响应能力和抗扰能力,同时电网侧电压和电流能够保持较高正弦度。