直驱式风力发电系统的仿真建模与运行特性研究

研究了基于永磁同步发电机的直驱式风力发电系统中PWM背靠背全功率变流器的运行特性,详细介绍了发电机侧和电网侧PWM变流器的运行状态,在数学模型的基础上给出了具体的控制策略。在Mat- lab/Simulink7.1环境下建立了系统从永磁同步发电机到电网的仿真模型,并利用S函数编写了发电机侧和电网侧变流器的控制程序,给出了系统的控制框图及仿真程序流程图。最后,在实验室搭建的17 kW直驱式风力发电实验平台上验证了系统的控制策略。仿真和实验结果都表明系统能够在不同风速下稳定运行,发电机侧输出电流近似正弦,谐波含量小;电网侧变流器在风速突变引起发电机输出功率变化的情况下能够稳定直流侧电压,输出有功和无功电流完全独立可调,并网电流质量较高。

模型参考自适应无速度传感器技术在永磁直驱风力发电系统中应用

针对直驱风力发电系统(DDWPS)中测速码盘容易受到干扰的问题提出了一种模型参考自适应系统(MRAS)无速度传感器永磁同步发电机(PMSG)控制方案。选择PMSG本身作为参考模型,电机的电流模型为可调模型,可调模型中的电流和转速量为待估计参数,根据利用Popov超稳定理论得到的自适应律实时地调节可调模型中的电流值,使其与电机定子的实际电流矢量误差收敛于零,同时使可调模型中的转速逼近实际值。利用估计到的转速进行永磁直驱风力发电机的电流闭环矢量控制,电网侧采用PWM整流器的有源逆变工作方式实现直驱系统背靠背变流器的并网发电。给出了DDWPS背靠背变流器的详细控制框图。通过仿真和实验验证了基于MRAS的转速估计方法及DDWPS背靠背变流器控制方案的正确性和可行性。

直驱风电系统中并联逆变器的仿真建模与分析

直接驱动型风力发电系统需要全功率变流器,三相PWM变流器并联运行为首选方案。由于直接并联时产生的零序环流会造成环流损耗甚至功率器件损坏,所以必须加以抑制。为此,深入分析了PWM变流器直接并联时环流产生的机理及采用SVM算法进行调制时零矢量对于环流的影响,并在此基础上提出了基于变化零矢量的SVM环流控制方法;在Matlab/Simulink7.1中建立了3个逆变器模块直接并联的仿真模型并给出了各逆变器的控制框图,利用s函数完成了控制算法的实现。仿真表明:这种并联方案有利于模块化设计,所提的环流控制方法可行,各逆变器模块均流较好,且能够实现电网侧有功和无功功率的独立解耦控制。

基于线电压伏秒平衡的三电平SVM研究

提出了一种新的三电平空间矢量调制(SVM)简化实现方法,该方法通过将参考电压矢量分解到三相静止坐标系ab-bc-ca中,将电压矢量的伏秒平衡转化为线电压的伏秒平衡,经过简单计算得到各桥臂开关管在每个开关周期内的开通时间。证明了该方法本质上与传统SVM方法完全一致,都是基于冲量等效原理,但是由于不用确定电压矢量所在扇区,不用计算正余弦,只需要简单的加减乘除,使得计算时间大幅度减少,并且在控制三电平PWM整流器中点电压平衡方面也具有方便有效的特性。在Matlab/Simulink 7.1中建立了三电平PWM整流器的仿真模型。控制算法仿照DSP程序完全利用S函数实现。

基于固定关断时间控制的Boost PFC电路研究

在详细分析固定关断时间(Fixed-off Time,简称FOT)控制原理的基础上,提出了将FOT用于Boost PFC时的方法。仿真验证了该方法的可行性,并利用DSP作为控制核心设计了一个Boost PFC电路。仿真和实验结果表明,该方法能有效减小输入电流谐波,提高功率因数。

直驱式风电变流器Boost多支路移相控制

主要研究了应用在大功率直驱式风力发电系统中的交错Boost电路。在载波相移的基础上提出一种支路单独控制方法,该方法能够稳定直流侧输出电压,实现各支路电感良好均流。仿真和实验验证了所提方法的可行性,在风力发电场合有一定的实用价值。

交错Boost PFC电路移相驱动信号的实现方法

以双重并联交错Boost电路中移相驱动脉冲的产生为例,提出了一种基于单稳态触发器和D触发器的简单易行的实现方法。移相电路将控制电路产生的一路驱动脉冲延时一定时间后,控制另一路开关,以实现双重并联Boost电路的交错运行。这里详尽给出了该方法的具体实现步骤,通过实验验证了其在交错并联Boost PFC电路中的可行性和有效性。

单周期控制在风力发电并网逆变器中的应用

首先对风力发电系统背靠背变流器中的逆变器模型及其单周期控制(OCC)进行原理推导,然后在Matlab7.1/Simulink仿真环境下对单周期控制的并网逆变器(GCI)进行了仿真,最后在实验室搭建的风力发电实验平台上对其进行了验证,结果证明单周期控制并网逆变器能够工作在单位功率因数下,并可减少对电网的谐波污染。

LEM传感器在交错Boost型PFC电路中的应用

为了解决双Boost并联运行的PFC电路中各支路电流、总电感电流、直流侧二极管电流、开关管电流及输入交流电流的检测问题,文中介绍了LEM公司的一种电流传感器。并利用LEM传感器具有测量频率范围宽、反应速度快、准确度和线性度高等特点,给出了其在交错Boost型PFC电路中进行直流、不同频率的交流以及脉动电流电气参数测试的具体方法。

兆瓦级直驱风力发电系统关键参数及网侧LCL滤波器的研究

针对兆瓦级直驱风力发电系统中网侧LCL滤波器的设计展开研究。考虑到实际系统中并网变压器的漏感,在节省一个大电感的情况下设计了适合兆瓦级直驱系统的LCL滤波器。利用Matlab/Simulink7·1环境设计了精确的网侧变流器的仿真模型,对比了在SPWM和SVPWM两种不同调制算法下系统的运行性能,指出了两种调制方法对系统的不同影响,同时对比分析了L滤波器和LCL滤波器滤波效果。

并联背靠背PWM变流器在直驱型风力发电系统的应用

直驱型风力发电系统需要全功率变流器,在现有器件功率水平以及开关频率等诸多因素制约下,变流器直接并联的方式具备结构简单、模块化设计、易扩展的优点。文中通过有效的控制,使并联运行达到了大电流输入的要求,并将基于载波相移技术的背靠背脉宽调制(PWM)变流器应用在直驱型风力发电系统中,开关频率仅为1 kHz。实验表明,在提高等效开关频率、改善输出电流波形的同时不会带来环流问题,这在风电系统的全功率变流器中具有重要意义。

基于LQR方法的风电机组变桨距控制的动态建模与仿真分析

为了获得更好的变桨距控制效果,将扰动校正LQR(Linear Quadratic Regulator)应用到风电机组变桨距控制中,该方法通过设计扰动状态观测器估计出作为扰动量的风速,在输入量中加入一个反馈量来消除风速产生的扰动影响,然后根据LQR控制理论,计算出状态反馈矩阵。建立了风电机组的动态模型,并根据动态模型在Mat- lab7.1/simulink环境下进行了仿真。仿真结果表明,基于扰动校正的LQR控制方法超调小,变桨距执行机构疲劳度小,具有良好的动态性能。该方法易于工程实现,适用于变桨距控制系统。

LC滤波电压源型逆变器闭环控制策略综合对比与设计

从控制器所在坐标系、控制器结构、控制器设计3个方面详细分析和比较了LC滤波电压源型逆变器(VSI)不同闭环控制策略之间的区别与联系,指出了单独采用谐振控制器在无输出电压解耦的情况下能得到较好的控制效果,但在有解耦时会引起系统发散。同时,讨论了单电压环控制与双闭环控制的区别。最后,针对不间断电源带电机负载的应用场合进行了VSI控制器设计。实验结果表明,使用文中的设计方法与结论,能够加快控制器的设计过程,并且得到较满意的控制效果。

大功率直驱型风力发电系统拓扑结构对比分析

直接驱动型变速恒频风力发电系统需要采用全功率变流器,对应的大功率变流器单元可以有不同的拓扑结构,根据每种电路拓扑的特点,整个系统的控制方法都有相应的变化。对直驱型变速恒频风力发电系统基本拓扑结构进行了对比分析,比较了二极管箝位型、级联H桥型、飞跨电容型等直驱风力发电拓扑结构的优缺点、技术难点,以及实际应用中存在的问题。对比结果表明:飞跨电容多电平变换器的开关负荷不一致,飞跨电容均压难以实现;级联H桥多电平变换器需要独立电源,成本较高;虽然二极管箝位多电平变换器存在中点电位平衡问题,但可以通过适当的控制解决。因此,低成本、控制简单的二极管箝位三电平PWM整流器成为当前直驱型风力发电整流变换研究的热点。

DVR在风电机组LVRT中的应用及其无功补偿能力

针对动态电压补偿器(DVR)在风电机组低电压穿越(LVRT)的应用进行了讨论。为了提高DVR的动态响应能力,设计了双闭环控制策略,并引入电网电压前馈项,以避免补偿电压的过冲;电压外环采用了谐振控制器,可在静止坐标系下实现无静差跟踪,省略了坐标变换以及锁相环节。同时详细分析了DVR在正常运行与跌落情况下无功补偿能力,通过对其补偿方式的分类与比较,指出了其无功补偿能力受到限制的原因。在Matlab/SIMULINK中构建仿真模型,仿真结果表明,所设计的控制策略能够迅速精准地补偿定子电压,减小了定子电流冲击,平稳地实现了机组的低电压穿越。最后在110 kW的电机平台上进行了实验验证。

基于全功率变流器的失速型风电机组低电压穿越改造

提出了一种基于变流器的失速型风电机组低电压穿越改造方案。该方案采用全功率背靠背变流器,机侧变流器稳定定子电压,网侧变流器稳定直流母线电压并发出无功电流,实现了机组在电压跌落期间的有功平衡和无功补偿。结合失速型风电机组的特点,提出了一种以稳定定子电压为控制目标的机侧控制策略,并设计了电压电流双闭环控制来抑制机侧滤波电路带来的振荡。在MATLAB/Simulink中建立了780kW失速型风电机组仿真模型,并在110kW电机平台上进行了实验,验证了方案的可行性。

一种采用相位超前校正技术的电压源逆变器单环控制策略

电压源型逆变器(voltage source inverters,VSI)通常使用电压电流双闭环控制,也有新型的单电压环控制被提出;同时为了抑制低次谐波,一般引入并联的谐振控制器结构。首先从传递函数的角度,详细对比双环和单环控制,得出开关频率较低时,两种控制策略的动态性能差别不大的结论;然后在频域内深入分析现有的并联谐振控制器设计中参数难以整定的原因。在此基础上,提出一种基于相位超前校正技术的单环控制策略,通过改变被控对象的幅相特性,简化了控制器参数的设计过程,并且使得VSI的性能得到提高。理论分析和实验结果证明,新型的单环控制策略在有效抑制低次谐波的同时,也具有较快的响应速度。

适合于并网型多重化逆变器的调制方法

并网型多重化逆变器各逆变桥的输出经变压器耦合后接入电网,提高了并网逆变器的容量等级。针对两单元多重化逆变器,提出一种载波相移正弦调制方法,可以在低次开关频率下提高系统的等效开关频率,提高各逆变器组工作的一致性,实现更好的谐波相抵效果,具有更快的实时性。最后进行了实验验证,该方法还可扩充应用到n单元并网型多重化逆变器中,应用前景好。

适合直接驱动型风力发电系统的DRC混合箝位变流器研究

针对直接驱动型风力发电系统中需要的全功率变流器,提出了一种基于箝位二极管、电阻、电容DRC (Diode Resistor Capacitor)混合箝位的三电平变流器,并采用载波相移正弦脉宽调制CPS-SPWM(Carrier phase shifted SPWM)技术产生控制脉冲。仿真结果表明,该变流器输出波形正确,等效开关频率提高了1倍,最低次载波谐波移至载波频率2倍的位置,并具有自动平衡电容电压,电容充放电电流呈周期性变化且无电流尖峰冲击等优点。

兆瓦级变速恒频风电机组变速变桨距控制技术研究

根据风速的大小,将变速恒频风力发电机组整个并网运行阶段划分为4个区域,每个区域采用不同的控制算法。在额定风速以上,为应对极端风况,引入2个变桨控制器,分别对发电机转速和加速度进行控制。利用风力发电领域权威仿真软件——GH Bladed对控制算法进行了仿真验证。将控制策略应用在某风力发电场的双馈风力发电机组上,获得了较为理想的效果。