MP-MMC驱动六相永磁同步发电机负载转矩观测前馈滑模控制

六相永磁同步发电机(PMSG)谐波含量较低、解耦方法成熟且稳定性强,具有广阔的应用前景。为提升六相PMSG负载转矩突变时的动态性能,增强系统的抗干扰能力,提出了一种利用负载转矩观测值前馈补偿的策略。首先,采用滑模观测器观测负载转矩,观测器滑模面设计为实际转速与观测转速之差,在观测过程中滤除了抖振信号,且未引起相位和幅值变化;其次,将负载转矩观测值按比例前馈至电流环给定值,弥补滑模控制器不连续项幅值不足的问题;再次,针对前馈比例常数过大导致转速无法快速稳定在给定值的问题,将前馈比例系数设为可变值;最后,基于Matlab/Simulink建立了多相模块化多电平换流器(MP-MMC)驱动六相PMSG负载转矩观测前馈滑模控制的仿真模型,对所提策略进行验证。仿真结果表明滑模观测器可准确观测负载转矩,前馈补偿策略有效抑制了负载突变引起的转速波动。

六相永磁同步发电机容错控制的谐波补偿研究

针对六相永磁同步发电机一相开路后的3次谐波影响,建立了扩展的六相静止坐标变换阵,并根据该矩阵和旋转坐标变换阵建立了电压和转矩数学模型,并且分析了经过扩展变换阵变换后的电压方程中d-q子空间的耦合关系,提出了消除解耦后d-q轴电压耦合的2次旋转坐标变换阵。考虑到3次谐波磁链和电感对六相永磁同步发电机容错模式下的电压和转矩的影响,提出了基于定子铜耗最小约束下的闭环控制策略,针对电压和转矩中的3次谐波扰动,推导了闭环控制中的谐波补偿表达式。仿真和实验验证了提出的补偿控制策略对3次谐波影响消除有效性,明显改善了容错控制策略在单相开路后的性能。

六相电励磁同步风力发电机组的稳态模型

六相电励磁同步风力发电机(SP-EESWG)是一种特殊的变速恒频风电机组。以风电机组各部分的数学模型为基础,详细考虑风力机的风能利用特性、整流-逆变电路的稳态特性,以及机组所采用的最大风能跟踪控制、直流电容电压控制和并网逆变器控制对稳态特性的影响,建立了SP-EESWG的稳态模型,并将其应用于含SP-EESWG电网的潮流计算。最后,以单机无穷大系统和IEEE 14节点系统两个算例验证了所提模型的正确性和有效性。仿真结果表明,不同风速情况下,现有文献广泛采用的风电机组简化潮流模型与该模型的计算结果均有不同程度的误差。其中,一阶和二阶简化模型的误差较大,不宜用于SP-EESWG的稳态特性分析;当风速处于额定风速附近时,三阶简化模型与该模型的误差可以忽略。

六相同步风力发电机矢量控制系统调制策略分析

为了确定六相同步风力发电系统最优的调制策略,对参考电压为正弦波情况下3种连续脉宽调制(PWM)策略的性能进行了分析。对正弦脉宽调制(SPWM)、双三相空间矢量脉宽调制(D3SVPWM)、最大四矢量六相空间矢量脉宽调制(6SVPWM)3种连续调制策略的开关电压矢量分布与作用时间进行分析,得到了单基波周期开关次数与最大调制比的性能对比结果;通过数值推导与图论相结合的方式,对3种调制策略的电流脉动特性进行了对比分析。分析结果显示,相同采样频率下,SPWM与D3SVPWM的开关频率约为6SVPWM的1/2倍;D3SVPWM与6SVPWM的直流电压利用率是SPWM的1.155倍;在2个平面等效电感比值kz1z2≤10的条件下D3SVPWM电流脉动最小。综合几种性能分析结果可知,采用D3SVPWM的调制性能最优,仿真和实验结果也证实了分析结果的正确性。

基于分类算法的六相同步风力发电机矢量控制系统研究

六相同步风力发电系统是一种新型的大容量风电系统,其机侧变流器可以采用矢量控制的可控整流拓扑。提出了一种基于分类算法双三相矢量空间脉宽调制的六相同步风力发电机矢量控制系统。在旋转矢量空间解耦坐标系下对机侧变流器矢量控制策略进行阐述,并提出了矢量控制系统及调制策略的目的。对基于分类算法的双三相矢量空间脉宽调制方案进行设计,并推导得到此方案能保证z1-z2子平面平均伏秒为0的原理。由于引入分类算法,该调制策略只需简单的线性计算即可确定开关电压矢量及其作用时间,无需对扇区及三角函数等进行计算。通过仿真和实验验证了此矢量控制系统具有良好的动静态性能,并能够有效对谐波电流进行抑制。

六相永磁同步发电机整流系统的数学模型

建立了六相整流永磁同步发电机系统的多回路—有限元结合的数学模型。该模型不仅可以考虑磁路饱和及永磁体工作点的变化的影响,也可准确反映整流桥的各种工作状态及换流过程。利用该数学模型对一台六相永磁样机系统的定子绕组和直流负载侧电压、电流等电气量进行仿真计算,可分析六相可控整流永磁同步发电机系统的运行性能。

直驱式六相永磁同步风力发电机最佳风能追踪控制

为提高直驱式风力发电系统的机组容量和可靠性,采用六相永磁同步发电机并联双PWM变频器的方案。根据风力机输出特性,分析风电机组追踪最佳风能过程,比较最优叶尖速法和爬山法的优劣,提出一种将两者相结合的风力发电最佳风能追踪控制方法。分析六相永磁同步发电机数学模型,基于所提出的最佳风能追踪方法,给出六相电机矢量控制策略。基于Matlab/Simulink构建了六相电机和风电变流器模型,对风速突变时六相电机的最佳风能追踪过程进行了仿真,仿真结果验证了提出的控制策略可行。

六相同步风力发电机双空间矢量脉宽调制电流脉动分析

双空间矢量脉宽调制(SVPWM)是六相同步风力发电机数字控制系统中最容易实现的一种调制策略,电流脉动是衡量调制策略电流波形质量与电机发热特性的重要指标。文中对双SVPWM调制电压矢量在矢量空间解耦坐标系中的映射特性进行分析,并指出电流脉动的原理。利用数值分析方法对单个基波周期内的谐波畸变因子(HDF)与电流脉动进行数学推导。利用最大脉动电流逆向推导的方法,得到电抗器选型参数,此选型方案简单快捷,无需繁琐的分步仿真分析。最后,通过仿真和实验结果与数值推导结果进行对比,验证了电流脉动数学推导与电抗器选型的有效性。

带整流负载的六相方波永磁发电机建模仿真

建立一个普适的发电机数学模型可以有效地帮助人们了解和优化发电机性能。首先简述了六相方波永磁发电机的定转子结构,计算了电机的电感矩阵,利用解析法建立了电机的基本数学方程,然后将电机与整流负载联系起来,共同建立了系统方程。通过系统方程,在MATLAB纯代码环境下建立整个系统的数学模型,并进行仿真计算。最后将仿真计算结果与原理样机实验数据对比,确认了所建立模型的正确性和有效性。

六相同步发电机的稳态电磁参数

从Park方程的基本原理出发,建立了六相同步发电机的基本方程,得到了六相同步发电机的d轴等值电路和q轴等值电路。等值电路中的综合互感抗体现了六相同步发电机2个Y之间的磁耦作用,由电枢反应电抗和综合漏互感抗2部分组成。通过对六相同步发电机单Y运行(另一Y开路)和双Y运行的分析,得出双Y运行同步电抗为2倍的单Y运行同步电抗与单Y自漏抗之差。以空载短路试验的实例,测试了六相同步发电机特性曲线,以及d轴同步电抗、自漏抗和短路比。从电磁理论分析和实际运行特性2方面,验证了六相同步发电机的稳态电磁参数。

六相整流发电机接地方式对船舶中压电力系统谐波影响

为抑制因单相接地故障而引起的船舶中压电力系统非特征谐波,以六相整流发电机为例,研究了其中性点接地方式对谐波的影响。首先,运用开关函数和对称分量法,分别得出正常运行时直流电压特征谐波以及故障下非特征谐波计算方法,再利用直流电压推导出了交流故障电流的谐波表达式。其次,分析了非故障绕组零序回路,运用功率平衡原则,得到接地电阻与非故障绕组零序电压的关系,分析出接地方式对谐波的影响。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真平台和实验验证了所得到的结论,为船舶中压直流电力系统接地方式的选取提供了参考和依据。

兆瓦级直驱型六相永磁风力发电机无传感器控制系统设计

针对兆瓦级直驱风力发电系统永磁同步电机特点,利用滑模控制对其参数变化具有强鲁棒性的优点,设计了一种了新型自适应滑模观测器算法,避免了低通滤波器的使用会引起的相位滞后及幅值变化。同时为了能够准确地获取转子位置信息,设计了一种PI锁相环技术,并给出了PI锁相环技术的参数设计方法。与传统滑模观测器算法相比,仿真结果验证了算法的可行性和有效性。

MP-MMC驱动六相永磁风力发电机建模及控制研究

针对多相模块化多电平变流器(MP-MMC)驱动多相发电机的控制问题,基于矢量空间解耦理论,建立Y移30°六相永磁同步发电机(PMSG)在旋转坐标下的数学模型;将传统三相MMC拓扑结构推广至六相,并驱动六相永磁风力发电机。在控制上采用电流矢量解耦方法对六相永磁风力发电机的输出电流进行跟踪,同时对系统谐波成分加以抑制;对于MMC内部子模块电容电压稳定、环流抑制,采用闭环均压策略进行控制。最后通过在软件中搭建仿真模型,对发电机稳态运行以及功率突变时运行状态进行模拟,仿真结果表明:该系统具有良好的输出特性和鲁棒性能,验证了MP-MMC能够有效驱动六相永磁发电机实现平稳发电。

MP-MMC驱动六相永磁同步风力发电机分数阶PID控制研究

针对多相模块化多电平变流器(MP-MMC)驱动多相发电机,在Y移30度六相永磁同步发电机(PMSG)旋转坐标系下的数学模型基础上,引入了分数阶PID控制器。分数阶PID控制器相比整数阶PID控制器增加了两个控制自由度,即主要影响控制系统稳态性能的积分阶次λ和主要影响控制系统动态性能的微分阶次μ,使得分数阶PID控制器的设计更加灵活。在MMC内部能量均分部分采用分数阶PID控制器可使得子模块电容电压峰峰值及其谐波畸变率降低,进而输出电压波形得到改善;也使得MMC的桥臂环流峰峰值降低,环流波形得到改善。在发电机转速侧,发电机定子的d、q轴电流闭环控制侧部分采用分数阶PID控制器可使发电机转速动态性能与稳态性能进一步改善。在z1和z2子空间的谐波分量控制部分采用分数阶PID控制器可使得系统谐波影响更小,控制效果更佳。最后,仿真和实验结果验证了分数阶PID控制器具有良好的控制性能,可进一步提升了六相PMSG-MMC系统的运行能力。

六相永磁同步风力发电机的SVPWM控制技术研究

在介绍六相永磁同步风力发电机的物理模型的基础上,对其进行数学建模和分析。并通过坐标变换,将六相永磁同步风力发电机复杂的六相静止坐标系下的数学模型,转换为相对简单的两项旋转坐标系下的数学模型,解除了各相磁链和各相电感之间的强耦合关系。进而采用简单的电流空间矢量(SVPWM)控制技术实现了六相永磁同步风力发电机的转速和转矩稳定控制。

基于六相永磁同步发电机的航空高压直流电源系统的研究

针对在航空起动发电系统中发电运行状态下,六相永磁同步发电机在发动机转速变化的情况下如何保证输出端直流电压在270 V恒定不变,研究了一种基于SVPWM的最大四矢量的整流控制技术,通过对发电机发出的六相电流进行解耦,得出参与机电能量转换的α-β子空间和x-y谐波子空间,对两个子空间分别进行控制,有效地保证了输出的直流电压恒定不变。通过在Simulink上建立六相永磁同步发电机发电整流系统的仿真模型,得出的仿真结果证明了采用方法的可行性。

六相永磁同步发电机占空比模型预测直接功率控制

针对传统六相永磁同步发电机(PMSG)单矢量模型预测直接功率控制(MPDPC)电流谐波大、有功和无功功率波动剧烈的问题,提出了一种占空比合成矢量MPDPC。通过对六相整流器的最大和中大电压矢量进行重构,获得12个合成矢量,实现了对谐波电流的有效抑制。在此基础上,提出在每个周期内同时作用一个合成矢量和零矢量,并根据有功和无功预测无差拍原理计算最优占空比,进一步抑制了有功和无功功率脉动。试验结果表明,所提占空比合成矢量MPDPC可以有效减少电流谐波和功率脉动。

六相交流脉冲发电机组起动建模及仿真

对六相交流脉冲发电机组起动过程进行分析研究,给出了起动过程中机组的等效数学模型,实现了三相绕线式异步电动机转子串接液体电阻恒定子电流起动的建模。通过对一台六相交流脉冲发电机组起动过程的仿真,获得了机组起动过程的动态特性曲线,此结论为设计控制环节及机组的运行模式提供了理论参考。

HL-2M装置300MVA脉冲发电机组电气制动系统研究

为给HL-2M装置300MVA脉冲发电机组频繁启停和重大故障时快速停机提供保障,发电机组电气制动系统采取电气制动和机械制动相结合的运行方式。介绍了300MVA脉冲机组电气制动的特殊性,对六相脉冲同步发电机组电气制动进行了理论分析,确定了电气制动的主回路和控制方案。基于经验证的发电机模型,对正常工况和极端工况下机组电气制动过程进行了动态模拟,确定了主要设计参数,制动励磁电压和制动电阻分别为40V和0.1Ω。

HL-2M装置300MVA脉冲发电机组的设计

为了满足HL-2M装置的供电需求,建造了一套额定功率300MVA、额定释能1350MJ的脉冲发电机组。通过对机组卧式和立式两种方案的前期设计和对比分析,确定机组采取轴系稳定性更高的立式无单独飞轮方案。机组由六相凸极同步发电机和同轴的8500kW异步电动机组成,为国内首台采取立式结构的大功率脉冲发电机组。其技术设计主要包括机组结构设计和发电机电磁设计等内容,并通过机组等效模型对其启动和放电动态过程进行了模拟仿真研究。研究结果显示,设计的机组在15min内能启机到额定转速498rpm,发电机电磁参数能满足HL-2M装置的特殊负载放电要求。机组的前期设计和技术设计为机组成功研制打下了良好基础,建立的仿真模型可以作为后期机组运行控制策略研究的辅助工具。