无刷双馈风力发电机模型降阶第Ⅰ部分:无刷双馈风力发电机的多时间尺度模型

无刷双馈风力发电机中的3套绕组电流(功率绕组、控制绕组和转子绕组)产生的磁场在电机空间相互作用,绕组间复杂的耦合关系导致无刷双馈电机模型具有高维数特征.为了更有效地对无刷双馈风力发电机进行运行分析与功率控制,充分利用无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,实现模型降阶是必要的.研究了无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,建立了无刷双馈风力发电机的三时间尺度奇异摄动模型,为无刷双馈风力发电机的模型降阶奠定了基础.     

无刷双馈风力发电机模型降阶 第Ⅱ部分: 模型降阶的合理性分析

无刷双馈风力发电系统是一个多时间尺度高维数系统, 其稳定性分析与控制是非常复杂的. 在实际问题分析中, 具有快变特征的的动态常被略去. 然而, 在什么条件下无刷双馈电机的快动态允许被略去是一个必须回答的理论问题. 以基于物理电路的计及快动态和慢动态的无刷双馈电机模型为基础, 研究了降阶的条件. 研究表明无刷双馈风力发电机在一些可接受的条件下, 降阶是合理的和可行的, 降阶不会引起“质”的错误. 研究结论对简化无刷双馈风力发电机模型以及实现功率调节控制具有重要意义.     

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。     

基于BDFWG降阶模型的最大风能捕获

无刷双馈风力发电系统是一个多时间尺度高维教系统,根据无刷双馈电机的多时间尺度特征,可以得到无刷双馈风力发电系统三种不同的数学模型,即原模型、五阶模型和一阶模型,并且降阶模型与原模型具有一致稳定性.本文根据最大风能捕获原理,利用无刷双馈风力发电系统一阶模型,推导出一种实用型最大风能捕获控制算法.该算法建立在无刷双馈电机降阶模型基础上,与以往控制算法相比,明晰易懂、计算量小、便于操作,是一种实用型的控制算法.     

变速恒频无刷双馈风力发电机及其控制

通过对无刷双馈风力发电机工作原理和运行特性的分析,建立了无刷双馈发电机摹于转子机械坐标系的数学模型,将变结构控制应用到无刷双馈发电机有功功率与无功功率的解耦控制中,分析了其电磁关系和能量平衡关系.使用Matlab/Simulink软件对系统及其控制策略进行了仿真分析.仿真结果表明:变结构控制能够成功地实现风力发电中无刷双馈发电机有功与无功功率的解耦控制,在实现风能的最大功率捕获的同时,可以提供电网需要的无功功率,满足电力系统的需要.     

矢量解耦控制级联式无刷双馈发电机研究

由于飞机三级式同步发电机存在CSD(恒速装置),增加了飞机重量,而且发电及容量不能做到很大.提出一种飞机串级式无刷双馈交流发电机系统,去掉了CSD,在发动机转速变化的同时调节控制绕组电流大小实现变速恒频的目的.论文在对串级式无刷双馈发电机定转子磁场进行分析、给出电压和转矩方程的基础上,针对串级式无刷双馈电机的高耦合、非线性和多变量时变性等特点,设计了矢量解耦控制器,实现控制绕组电压与电流之间的解耦,在Matlab/simulink环境下进行了仿真研究,结果表明:利用矢量解耦控制算法对无刷双馈发电机进行分析,实现了变速恒频发电;系统运行良好,具有较好的动态响应特性;所采用的方法是正确的、可行的.     

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.     

双馈异步风力发电机功率控制扰动法仿真研究

双馈异步风力发电机有功功率、无功功率的解耦控制是变速恒频风力发电系统的关键技术,也是保证风力发电机组安全高效运行的关键.介绍了交流励磁变速恒频风力发电的基本原理,提出了功率控制扰动策略.利用定子磁链定向的矢量控制方法建立了双馈异步发电机在d-q坐标系下的数学模型,实现了定子有功功率、无功功率的解耦控制.推导了双馈异步发电机的线性化模型并分析了其特件.利用MATLAB/Simulink建立了系统的仿真模型,并就主要扰动参数对系统功率控制性能的影响进行了分析.仿真结果验证了功率控制扰动策略的正确性和可行性,为风力发电技术的进一步研究提供了理论依据.     

无刷双馈发电机不依赖参数的矢量控制策略

通过对无刷双馈发电机的功率绕组电压定向的统一矢量模型进行研究,提出了一种不依赖电机参数的矢量控制策略。该控制方法通过控制控制绕组的d轴和q轴电压分量来分别控制无刷双馈发电机的有功功率和无功功率,同时针对两定子d轴和q轴变量之间的交叉耦合问题加入了补偿模块。相比其他补偿策略,该补偿模块更加容易计算和实现。该控制策略不需要使用电机参数,避免了电机运行过程中因参数变化带来的控制精度下降问题。为了验证所提出的控制策略的性能,搭建了变频调速试验平台。试验结果证明了该控制方法具有良好的控制性能和解耦性能。     

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.     

电涡流传感器建模与仿真分析

利用电涡流位移传感器可以研制出防水性电子数显卡尺。应用有限元技术(ANSYS软件)对空心平面线圈的三维电磁模型进行了仿真分析,建立了以空心平面线圈为特征的电涡流传感器数学模型,并将线圈分解为多个导线,分别独立仿真,最终进行合成。将仿真结果与实验结果相对照,结果表明:上述仿真结果与实际传感器的特性是吻合的。本研究结果为这种传感器的实际应用提供了有利的分析方法和手段。     

基于等效模型和多时间尺度扩展卡尔曼滤波的锂离子电池SOC预测

荷电状态(SOC)和最大可用电量估计是锂离子电池寿命预测中的两个最重要部分;然而与快速时变的SOC比较,最大可用电量的参数变化缓慢;文章提出了一个基于等效模型和多时间尺度的扩展卡尔曼滤波(EKF)预测算法对SOC和最大可用容量分别在不同时间尺度上进行估计,在宏观尺度上利用了SOC估计值作为观测量,更新最大可用电量;针对NCA/C卫星锂离子电池实验数据的仿真结果表明,提出的多时间尺度EKF预测算法与EKF联合估计算法相比,SOC和最大可用电量估计准确度更高,同时提高了计算效率。     

一类多时间尺度机电耦合系统降阶及稳定一致性

针对一类机电耦合系统,讨论了非线性多时间尺度系统与其相应的简化降阶系统稳定性一致问题,给出了稳定一致性的条件;讨论了多时间尺度系统(原始系统)和降阶系统的稳定域边界问题,分析了非线性多时间尺度系统稳定域边界对摄动参数ε的连续依赖性,给出了稳定边界对ε连续依赖的条件.研究表明不论对系统的平衡点稳定性还是稳定域来说,在可接受的条件下略去快动态是合理的.     

旅游高峰期交通流量的多时间尺度预测方法及应用

对旅游交通需求进行准确的短时预测难度很大,其时空分布规律更加难以估计。为了解决该问题,提高预测精度,首先分析了旅游交通流的多时间尺度可预测性,进而运用多时间尺度预测方法对旅游交通流量进行了预测。结果表明,模型预测性能良好、精度较高,从分类和分层的角度构建旅游交通多时间尺度预测模型、分析旅游交通流量分布和旅游交通流量动态分配,能够为旅游高峰期的道路交通运行态势快速评估和制定应急交通组织管理方案提供精确参考。     

基于支持向量机的旋转整流桥故障诊断

针对车辆同步发电机中旋转整流桥发生故障时电源系统处于"带病"工作状态,直接检测相对困难的问题,通过MATLAB/Simulink建立同步发电机中旋转整流桥的仿真模型,分析各种故障状态下对定子绕组电流波形的影响,将定子绕组产生的谐波次数及幅值作为特征向量,采用支持向量机进行模式分类,通过组合网格法选择各模式分类的参数,构成"一对多"的多分类支持向量机.通过与BP神经网络的分类对比,结果表明支持向量机用少量样本就能获得较好的诊断效果.     

Modeling of a synchronous reluctance machine accounting for space harmonics in view of torque ripple minimization

The paper deals with modeling of synchronous reluctance motor (SynRM) accounting for all phenomena responsible for torque ripple. Based on winding function approach, the proposed model consists in computing self and mutual inductances considering no sinusoidal distribution of stator windings, slotting effect and no sinusoidal reluctance variation caused by the rotor saliency. Then, optimal current waveforms are determined for each rotor position by solving a second order equation to reduce torque ripple. These currents are used within a vector control scheme. Satisfactory agreement between simulation and experimental results is obtained.     

基于极限动态规划算法的微电网一体化调度与控制

随着电力电子技术的发展,微电网已成为分布式发电的必然趋势.传统的多时间尺度控制策略之间的配合使用已经很难同时满足高品质频率稳定控制和经济调度的要求.为解决此问题,本文提出极限动态规划算法.所提算法以自适应动态规划算法为框架,以极限学习机作为其评价模块、模型模块、执行模块、预测模块的内核.基于所提算法的微电网一体化调控控制器能替代传统模式下"下垂控制+自动发电控制+经济调度"多时间尺度控制组合策略.最后,为验证所提算法的有效性,在5个节点的微电网模型进行仿真,结果验证了所提极限动态规划算法的可行性和有效性.     

基于多源Mallat-NIN-CNN网络的变压器绕组故障诊断

变压器绕组形变是常见的故障，传统的诊断方法参数过多且受噪音干扰导致诊断性能较差。提出了一种基于灰度转换的特征提取方法，该方法将振动信号转换为灰度图像，有效地提取特征。针对单源信号特性信息强度随距离变化的问题，利用多源通道采集振动信息，并利用图像融合手段抑制多源图像中大量冗余信息、信噪比低的问题，提出基于多源Mallat-NIN-CNN网络的电力变压器绕组故障诊断模型，利用Mallat算法对多源振动信号灰度图像分解，通过基于区域特性量测和加权平均方法分别对各分解层的高频分量和低频分量进行融合，将重构的灰度图像输入NIN-CNN网络进行故障诊断。经实验验证，该方法有效抑制了多源信号中的噪声，提高特征信息的完整性，降低了计算量，提高了故障诊断准确性。     

Stabilization of unstable vertical position of plasma in T-15 tokamak. I

Consideration was given to the design and mathematical modeling of the stabilization system for unstable vertical position of plasma in the T-15 tokamak (Institute of Tokamak Physics, National Research Centre “Kurchatov Institute”). For suppression of vertical instability of plasma, the poloidal systems of vertically elongated tokamaks were analyzed with the aim of detecting the most efficient positioning of the winding of the horizontal magnetic field (fast winding) in the T-15 tokamak. The controllability domains of vertical shift of the plasma magnetic axis were estimated for various arrangements of the fast winding (i) outside the toroidal winding, (ii) between the toroidal winding and the vacuum chamber, (iii) inside the tokamak vacuum chamber. Part I considered the linear control system for vertical plasma position where the fast winding is located outside the tokamak toroidal winding. For the given configuration of the poloidal system, the control system of the T-15 tokamak was shown to be inherently unstable. Inherent system stability is attained by using a multidimensional control system where all windings of the central solenoid and the windings of the poloidal field are used to control the vertical plasma position and the current in the fast winding.