基于改进的直接转矩控制的风力机模拟系统

传统的异步电机直接转矩控制系统模拟风力机特性存在低速转矩脉动大、电流畸变等缺点,严重影响其在直驱永磁同步风力发电模拟系统中的应用。采用离散空间矢量调制技术,以改善风机模拟系统的低速性能。设计了基于改进的直接转矩控制的风力机模拟系统的结构,并与直驱式永磁同步发电机组成风力发电并网模拟系统,实现了最大功率点跟踪(MPPT)控制。在Matlab/Simulink仿真环境下建立仿真模型,为实验室建立实物系统奠定了基础。

虚拟风场和风力机模拟系统的实验研究

在不具备风场环境或风力机的条件下,建立虚拟风场和风力机模拟系统,对风力发电系统的研究具有重要作用。根据风速变化规律,建立了基于谱密度分析的自回归理论的风速模型。在此风速模型基础上,考虑涡流效应,对叶片进行受力分析,根据叶素理论和权系数分配叶素的方法建立风轮转矩模型,利用转矩控制直流电动机模拟风力机,搭建了虚拟风场和风力机模拟系统实验平台。虚拟风场的建立为虚拟风力机暂态或连续性实验提供了良好的基础。风力机模拟系统实验不仅验证了风轮转矩模型的准确性,反映了风速变化时模拟输出风轮转矩的快速跟随性能,而且可用于变速恒频风力发电系统的研究,证明其控制策略的正确性。

风力机模拟技术综述

随着风力发电技术研究的日益深入,风力机模拟技术也在近十年得到了快速发展。风力机模拟器可以用来取代实际的风力机,为在实验室内进行风力发电技术的研究提供了有效途径。在研究风力机特性的基础上,详细介绍了目前国内、外风力机模拟的具体方案,并对各模拟方案进行了对比、分析与总结。

一种简单易行的风力机模拟器

为了更系统、全面的对风力发电机组进行研究,设计了一套实验室用风力机特性模拟装置——风力机模拟器(WTS),该模拟器通过BUCK电路控制直流电动机工作在风力机特性的最佳转速或最佳转矩点,可以在不依赖于自然环境和风力机的情况下模拟风力机特性,可以模拟不同特性的风力机,而且可以任意设定风速的变化曲线,方便了实验室对风力发电系统的研究。

一种基于SRD模糊控制的风力机模拟器

针对风力机特性模拟中电动机转矩控制较难实现的问题,提出一种转速调节模拟法风力机模拟器。该模拟器基于开关磁阻电机调速系统,DSP中实时采集转速和负载转矩信号,求解风力机模型,参考转速提供给开关磁阻电机调速系统实时跟踪。针对转速调节模拟法,建立误差模型以衡量模拟步长和转速对模拟误差的影响。针对开关磁阻电机的实时转速控制问题,依据模糊控制策略,设计模糊PI转速调节器,实现实时控制。将开关磁阻电机调速系统整定成典型Ⅱ型系统以确定模拟步长。固定风速变负载和变风速最大风能跟踪下的实验结果表明,该模拟器转速随动性能良好,能够输出期望风力机功率。

基于叶素理论的风力机模拟系统研究

在不具备风场环境或风力机的实验室的情况下,建立风力机输出特性模拟实验平台,对风力发电系统的研究具有重要作用。本文考虑涡流的影响,对叶素进行权系数分配,采用叶素理论建立风轮转矩模型,并根据风力机和直流电动机具有较大相似特性,利用控制直流电动机的输出转矩来模拟风力机的特性,搭建了交流励磁变速恒频风力发电系统实验平台。实验不仅验证了风轮转矩模型的正确性和实时性,体现了虚拟风力机在风速变化时模拟输出风轮转矩的快速跟随性能,而且证明了变速恒频风力发电系统控制策略的正确性,为风力发电系统的研究提供了完整有效的实现方案。

基于永磁同步电机的风力机模拟技术研究

根据风力机特性模拟的要求,分析了风力机模拟中转速、转矩和功率之间的关系,进行了风力机特性和永磁同步电机(PMSM)特性的比较,提出采用PMSM进行风力机特性的模拟;同时提出了基于风力机特性模拟的PMSM转子磁场定向矢量控制算法,满足风力机模拟的稳态和动态特性要求。最后从时间轴和转速轴的转矩特性两个方面进行仿真和试验验证,结果说明PMSM按照转矩-转速曲线模拟风力机特性时,能够与风力机功率-转速曲线相吻合。仿真和试验结果也表明PMSM能很好地模拟风力机在各种情况下的特性,并且具有较好的稳态模拟精度和动态模拟速度。

基于直流调速和实时组态的风力机模拟器设计

从研究小型风力发电系统需求出发,为了提高软硬件开发效率及可靠性,本着硬件标准化和软件组态化的原则,设计并实现了基于直流调速系统和实时组态环境的小型风力机模拟器,并进行了实验验证。实验结果表明,该风力机模拟器不但可以较为精准地模拟风力机的静态输出特性,动态响应好,达到不依赖于自然风资源而具有实际风力机特性的模拟效果,而且可以使离线仿真和在线运行统一在MATLAB/Simulink平台下组态和运行,风力机和风速模型及参数调整方便、软件开发效率高,对于实验室研究小型风力发电具有重要价值。

基于22kW笼型等功率风力机模拟系统研究

为更好地在实验室内开展风电技术研究,提出了一种带双齿轮箱的风力机模拟系统。该系统主要包括两个变频器、两个转矩转速传感器、一台原动机、一台发电机、一个PCI板卡、一台上位机和一个主控制界面,能够模拟兆瓦级和等功率风机特性。针对等功率风机特性中恒转速和恒风速两种典型情况进行了研究分析,实验结果表明,该平台能够准确地模拟出等功率风机特性曲线。

基于ABB变频器的简易风力机模拟实验平台

风力机模拟器可以在不依赖于环境和风力机情况下模拟风力机特性,论文通过对比分析各风力机模拟器的优缺点,提出了一种基于ABB变频器的简易风力机模拟器,并搭建了完整的风机模拟实验平台。同时,利用VB 6.0开发了该简易风力机模拟器的控制软件。实验结果表明,该风力机模拟器可以准确地模拟风力机特性,且平台设计简单灵活,开发周期短且性能稳定,可普遍用于实验条件下的风力发电系统研究。

基于永磁同步电机的风力机模拟器研究

分析了风力机的输出特性,建立了风力机模型,通过比较风力机和永磁同步电机(PMSM)特性,提出了基于PMSM风力机模拟的转矩-转速控制方案;对PMSM采用i_d=0的矢量控制方案,满足风力机转矩输出特性的模拟要求。该风力机模拟系统应用于离网型变速恒频永磁同步风力发电系统,实现了风力机在不同风速、全转速范围的风力机特性输出,满足了永磁同步风力发电系统进行最大功率追踪的需要。搭建了一套完整的风力发电模拟试验平台,验证了PMSM模拟风力机的可行性。

风力机模拟器的阻尼补偿策略与实验验证

风力机模拟器作为模拟实际风力机的重要工具,可以简化风电研究的实验过程、缩短研发周期。由于模拟器的转动惯量远小于实际风力机,现有研究主要关注于应用转动惯量补偿算法的模拟器的稳定性问题。文中发现忽略阻尼或阻尼补偿不准确会严重影响模拟的准确性,导致转速偏低以至无法准确模拟实际风力机的机械动态过程,并完善了风力机模拟器的传动链模型,分析了风力机模拟器与实际风机传动链的阻尼差异对动态模拟准确性的影响机理,并设计了风力机模拟器的阻尼补偿策略。基于最大功率点跟踪控制实验验证了阻尼补偿策略,结果表明改进后的风力机模拟器能够更加准确地复现风力机的机械动态过程。

基于SRM直接转矩控制的风力机模拟器

提出一种风力机特性模拟方法,以实际系统与模拟系统转动惯量差与系统实时加速度乘积作为补偿项,实现风力机特性动态模拟。研究了一种基于开关磁阻电机(SRM)的风力机模拟器,上位机设定风速,DSP中采集风速和转速信号,执行风力机模型,控制SRM实时输出风力机转矩。基于SRM的转矩近似模型和实验测定的磁化及转矩特性,微步内选择施加电压矢量,把磁链和转矩实时控制在相应的滞环内,实现了SRM的直接转矩控制。仿真和风力机最大功率点跟踪实验证明,该模拟器具有良好的动态转矩跟踪性能,转矩脉动小。

用于风力机模拟的DTC改进方法研究

针对应用于风力机模拟的传统直接转矩控制存在的转矩脉动大的缺点,提出了一种改进的直接转矩控制方法。首先对传统的直接转矩控制转矩脉动产生的原因进行了分析,在此基础上通过向电压空间矢量中插入零矢量以及采用转矩控制双层滞环比较的方式对传统方法进行了改进,之后将改进方法应用于风力机模拟系统。仿真结果验证了改进方法在提高风力机模拟效果上的有效性。

考虑噪声抑制的风力机模拟器的设计与实现

风力发电机系统是由多个动态过程相互耦合的复杂机电能量转换系统, WTS(风力机模拟器)作为实际风力机的实验替代设备,在实验室环境下其转动惯量较小,因此需要通过补偿转动惯量才可以模拟实际风机具有大转动惯量的机械动态。研究发现WTS在进行惯量补偿时传动链的转速信号存在噪声,严重影响其准确模拟实际风力机的机械动态。在分析传动链转速噪声对风力机模拟器机械动态模拟影响机理的基础上,设计了噪声抑制策略,并通过实验验证了考虑噪声抑制的风力机模拟器能够降低噪声对风机机械动态模拟的影响。

基于永磁同步电机的风力机动静态特性模拟

风力机模拟系统使在实验室内开展风力发电技术的各项研究成为可能。以永磁同步电动机作为原动机,提出并设计了一套完整的风力机特性模拟系统。在分析了风力机静态特性的基础上,指出采用基于加速度反馈的动态转矩补偿可以实现风力机动态性能的模拟。对动态补偿环节进行分析,结果显示补偿环节中的滤波器对模拟系统的性能有直接影响,并以一阶低通滤波器为例,推导了风力机转动惯量与滤波常数之间的内在关系。在仿真研究的基础上,构建了一套完整的风力机模拟控制平台,对不同风速、负载以及转动惯量等条件下的风力机运行特性进行了模拟。实验结果验证了文中所用方法的可行性和相关理论分析的正确性。

两种风力机动态模拟方法的比较

风力机模拟系统(WTS)为实验室内开展风力发电系统的各项技术研究提供了设备基础。分析了风力机气动特性,指出常规的风力机静态模拟方法会改变对象的频域模型,无法真实模拟风力机的动态特性,阐明了采用动态模拟的必要性。目前,常用的风力机动态模拟方法需要对转速直接求导,会影响系统的稳定性。为了克服该问题,需要对相关的滤波环节进行深入分析和精心设计,但工作量大、难度高、通用性差。为此,进一步探讨了一种基于转速控制的风力机动态模拟方法,消除了常用WTS中的微分环节,可显著提高了系统的整体性能。文章详细地分析了两种动态模拟方法的基本原理及可行性,并进行了实验验证和比较研究。

基于负载转矩观测的风力机动静态特性模拟

为提高风力机模拟系统的模拟准确性,在分析模拟系统与实际风机系统运动方程的基础上,根据2系统速度相等的原则,提出基于负载转矩反馈实现风力机动静态特性模拟的控制策略。控制策略中所需的负载转矩值由滑模观测器(sliding-mode observer,SMO)实时观测得到。同时,分析了滑模观测器的等效滤波效果,分析表明,滑模观测结果等效于对实际负载转矩进行1阶滤波处理。最后利用RT-LAB实时控制器进行实验,结果表明,所提方法能正确观测出负载转矩,以此为基础构建的风力机模拟系统可灵活模拟不同机械参数下风力机的运行特性。

风力机动态模拟器的仿真研究

为了满足实验室研究风力发电技术的需要,该文设计了动态风力机模拟器。在分析实际风力机与模拟系统差异的基础上,综合考虑了风力机的风剪效应、塔影效应及其风力机的大惯量特性,提出了转矩指令动态补偿的转矩模拟方案。详细分析了惯量补偿的原理,并对其正确性进行了数学论证。理论分析和仿真结果表明,模拟系统的动特性与风力机的理论动特性高度吻合,可方便地用于实验室条件下的风力发电技术研究。

基于异步电机的风力机特性模拟

分析了风力机的运行原理,对比了风力机与异步电动机特性的异同,提出了简单有效的转速控制方案,搭建了"工控机+数据采集卡+变频器+异步电机"的风力机模拟平台,应用LabVIEW软件开发了上位机界面。将该风力机模拟系统应用于新型的定子双绕组感应风力发电系统,实现了模拟风力机在不同风速及不同负载下按照风力机的特性运行,满足了定子双绕组感应风力发电系统进行最大风能追踪的控制策略研究。实验结果表明,该方法实现简单、控制精确,可方便用于实验室条件下风力发电技术的研究。