无刷双馈发电机及其控制策略的仿真研究

给出了无刷双馈发电机的转子机械速dq0数学模型和定子同步速MT数学模型;提出了一种无刷双馈发电机空载并网控制策略,该策略根据定子同步坐标系下无刷双馈发电机有功功率、无功功率给定值,最终得出控制侧定子绕组的电压给定值,将该值进行2r/3s变换后输入SVPWM调制模块,得到的PWM信号用于控制机侧变流器开关管的通断,从而产生定子控制绕组所需的电压、电流;在Matlab/Simulink环境下搭建了无刷双馈发电机及其控制仿真模型,并对无刷双馈发电机在空载、并网状态下的动态性能进行了仿真研究。仿真结果验证了所搭建模型及空载并网控制策略的正确性、有效性。     

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.     

基于比例谐振控制的双馈风力发电系统空载并网研究

提出双馈异步发电机的比例谐振控制策略,实现双馈风力发电系统的空载并网控制。通过双馈异步发电机的数学模型,建立了基于定子磁链定向的双馈风力发电空载并网系统。文中结合比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制器的特性,设计了空载比例谐振并网控制。与传统双馈异步发电机空载并网控制策略相比,不仅简化了控制算法,同时提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,提出的控制策略可有效地实现双馈异步发电机的电网同步控制。     

附加阻尼控制SVC在双馈型风电场中的应用研究

将附加阻尼控制SVC应用于兆瓦级双馈型风电场并网系统,在此基础上研究了系统的暂态过程.首先建立了双馈风电机组的动态模型,水轮发电机组以及附加阻尼控制SVC的数学模型,然后仿真研究了双馈型风电场并网以后对区域系统暂态过程的影响,对比分析了风电场接入和故障情况下采用普通SVC和附加阻尼控制SVC的作用和效果,仿真结果验证了建立模型和采取方法的正确性和有效性.     

变速恒频双馈异步风力发电机建模与仿真研究

变速恒频发电是一种全新高效发电方式,适用于风力发电等可再生能源开发利用。为了实现变速下调节系统的稳定性,根据双馈异步风力发电机原理,建立双馈异步发电机的数学模型,采用变速恒频风力发电机运行特点分析双馈异步发电机控制模型。在STAR-90仿真支撑平台上开发仿真算法,建立双馈异步发电机及其控制的仿真模型,通过仿真验证模型的有效性。仿真实验结果表明,模型能正确反映变速恒频双馈异步风力发电机的运行特性,对实际风电机组的仿真研究及运行分析具有参考意义。     

基于位置估计的双馈风力发电机的控制策略

为了避免由机械传感器所带来的一些控制上的问题,提出了一种基于位置估计的双馈风力发电机的控制方案。在转速控制阶段,根据双馈发电机数学模型,通过采集电网电压电流,转子电压电流,采用定子磁场定向的矢量控制策略,利用转子电流矢量综合位置与定子电压矢量综合位置,对并网前后转子位置进行估算,得到转速及功率变化规律,运用这个规律可以实现对转速的控制。最后对1 MW的风力机模型进行系统仿真实验,结果表明整个转速控制区间对转子位置的估计都满足系统要求,基本上解决了风力发电机的转速和无功功率控制难的问题,验证了方案的正确性与可行性。     

无传感器双馈异步风力发电机直接转矩控制

针对有传感器控制的若干缺点,提出一种新塑无传感器控制方法,其采用基于模型参考自适应模块的闭环算法辨识双馈异步风力发电机的转速和转子位置;利用仿真工具Matlab7.1/simulink和S-Function构造仿真模型,仿真结果表明,其具有很好的动态和稳态性能,转速和转子位置观测精度较高,通过控制发电机的转矩、调节发电机转子转速,稳定了发电机输出电能的频率,达到了双馈异步风力发电机平滑稳定的调速目的,适合于双馈异步风力发电系统的变速恒频运行.     

基于线性模型跟随的风力发电功率解耦控制

本文首先对包括风力机、无刷双馈发电机的风力发电系统进行建模, 并通过同步坐标变换分解为两个解耦子系统. 在此基础上, 采用双环控制使系统跟随参考模型的特性. 由功率特性曲线可知, 某一风速对应特定的最大功率. 针对无刷双馈发电机的复杂结构, 在控制系统的内环采用自抗扰控制, 可以很好的实现功率解耦控制; 外环采用线性模型跟随控制, 使得发电机能够很好的跟随模型特性. 仿真结果表明, 双环控制器可以使系统的输出功率快速的跟踪给定的功率, 实现完全模型跟踪, 证明了控制算法的有效性.     

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.     

双馈异步发电机滞环矢量控制策略的研究

根据双馈异步发电机的运行特点,推导出了其在静止参考坐标系中的数学模型,采用定子磁链定向的矢量控制技术,并结合滞环电流控制技术,提出了一种新的转子励磁控制策略。利用Matlab仿真软件建立双馈异步发电机的仿真模型,对有功和无功功率的解耦进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制策略能够实现双馈发电机有功功率和无功功率的独立解耦控制。     

风电并网对系统稳定性及紧急控制策略影响的仿真分析

在DIgSILENT软件中建立异步风电机组和双馈感应风电机组模型,以新疆某地区实际电网为例,分析比较了两种不同风机并网对电力系统电压和频率稳定的影响,同时,研究了两种风机并网前后对电力系统紧急控制策略的影响。仿真结果表明:当电网发生扰动时,双馈感应风机频率响应不明显;但在电网扰动影响电压稳定时,双馈感应电机能够提高一定的电压稳定性;当电网发生大扰动,采取紧急控制策略后电网的稳定性不如电网未接入风电时电网采取紧急控制策略后的稳定性。     

计及电压质量的风电场无功主动控制策略研究

随着风力发电的快速发展,电网中风电场并网的数量及规模越来越大,但风电场功率的波动特性会给电网的电压质量及无功控制造成很大的不利影响。为保证风电并网后的电压质量在合格范围内,在对风电机组有功出力特性及无功调节特性分析的基础上,提出了一种新的风电场无功主动分层控制策略。第一层根据负荷预测和风电功率预测获得下一时段的无功功率调整量,第二层则将风电场群需要承担的无功调整量分摊给各个风电机组,通过风电场无功控制实例的仿真对比分析对该无功控制策略的优越性进行了验证。     

基于DIgSILENT/PowerFactory的双馈风力发电系统的建模和仿真

基于DIgSILENT/PowerFactory电力仿真软件建立了双馈感应发电机风力发电系统桨距控制数学模型、风力机数学模型和轴系数学模型,并对整个系统进行了仿真,模拟了有功功率、无功功率分别变化时以及网侧发生三相短路时整个系统的运行情况。仿真结果表明,该系统实现了功率的解耦控制以及在网侧三相短路情况下运行稳定,验证了模型的正确性,为风电场的仿真建模奠定了基础。     

双馈感应风力发电机实现LVRT控制策略研究

根据最新的风电场接入电网规定,在电网发生故障情况下风力发电机组应能保持与电网的连接。电网电压跌落是电网故障常见的形式之一,所以如何提高双馈感应风力发电机组低电压穿越能力成为了当今风电技术的研究热点。本文根据低电压穿越技术的基本原则,通过改进转子侧的控制策略和增加保护电路的方案来实现低电压穿越技术。通过仿真研究表明,改进的控制策略可以有效的抑制转子侧过电流,能够有效的提高双馈感应风力发电机在故障期间的低电压穿越能力。     

考虑充放电不平衡的风电功率平滑电池分组控制

平滑风电场输出功率能够有效减小风电场并网对电力系统的影响.为改善电池分组控制实现风电功率平滑过程中的电池组充放电能量不平衡问题,本文基于充放电不平衡度和寿命衰减指标,分析得出了电池分组控制充放电不平衡状态与电池寿命衰减之间的定量关系.在此基础上,针对充放电不平衡问题提出了一种考虑充放电不平衡的改进控制策略.根据低通滤波...     

双馈风力发电机非线性模型预测控制

在现代风力发电厂中, 需对双馈式风力发电机(Doubly fed induction generator, DFIG)进行有效控制来确保高效率和高负荷跟踪能力. 风力发电厂包含很多不确定因素和非线性因素, 传统的线性控制器往往难以奏效. 本文针对双馈式风力发电机的功率控制提出了一种非线性模型预测控制方法. 文中的目标函数考虑了现实约束下的经济因素和设定值跟踪能力, 同时降低机组磨损和机械疲劳. 预测值可基于输入输出反馈线性化(Input-output feedback linearization, IOFL)策略来计算. 仿真实验结果验证了所构造的非线性模型预测控制器的有效性.     

直驱式永磁风力发电机软并网与功率调节的控制集成

为实现直驱式永磁同步风力发电机无冲击并网与风能最大跟踪控制, 设计了一种软并网与功率调节一体化的控制集成装置. 基于广义功角特性, 提出了一种对逆变器输出功率进行直接控制, 从而实现最大风能跟踪的控制策略. 新的控制策略可使发电机的转速按所期待的动态运动, 因而具有良好的静态与动态性能. 另外, 该控制律中对电机参数具有很强的鲁棒性, 因而该控制器能适应各种不同参数的同步风力发电机, 成为同步风力发电并网与功率调节的独立装置.     

基于CAN总线的兆瓦级直驱风电机组控制系统

针对兆瓦级直驱风力发电系统在控制系统中需要变流器并联的情况,设计了一种基于CAN总线的兆瓦级直驱式风力发电系统,实现了控制系统中并联变流器的实时通信和同步控制.同时给出了一种基于TJA1040的CAN总线接口设计流程,详细说明了机侧和网侧变流器的通信协议及软件实现方法.在直流机模拟风机的实验平台中得到验证和应用.     

垂直轴风力发电测控系统

为立式风力发电系统设计了新型集风立式风机、多绕组变极发电机、异步的数据采集系统、发电机和风速控制系统。新型集风立式风机克服了传统三叶桨风力利用率低、发电功率低、保护性差的特点。利用DSP触发FPGA控制外置两片AD7656可以达到高精度数据采集和高实时数据处理以及控制的并行化。双DSP架构通过双口RAM共享存储,提高了实时通信的吞吐率,同时将实时任务和耗时的显示等人机交互任务分离。一方面在PLC里存储模糊规则表,实现对集风板的模糊控制,进而调节风速;另一方面通过多绕组变极发电机的绕组和励磁方式切换,来保持发电机输出电压频率、幅值和相位的稳定,解决了风电并网的难题。     

An improved model predictive control of low voltage ride through in a permanent magnet synchronous generator in wind turbine systems

This research investigates a wind energy conversion system based on a permanent magnet synchronous generator (PMSG). In addition, a model predictive control (MPC) is proposed for the PMSG in normal and fault conditions. The most efficient mode of the control algorithm is found for maximum power point tracking in normal conditions and fast dynamic response in fault conditions following the selection of the optimum voltage vector. This method prevents a sudden increase in the DC‐link voltage by storing the active power in the generator rotor inertia. Moreover, during the low voltage, the grid code adoption of the reactive current is injected into the grid side. The performance of the proposed control scheme is evaluated for a wind power generator using MATLAB software. The simulation results demonstrate that the proposed method can safeguard the DC‐link during the fault.