双三相无刷双馈发电机:建模及其控制方法研究

提出了一种双三相无刷双馈发电机。该电机定子上除了常规的三相功率绕组外,还有两套空间上互差30°电角度且中性点独立的控制绕组。建立了该电机的数学模型。令这两套绕组的电流时序上相差30°,则气隙磁势中的5次和7次谐波分量将会被消除,同时基波磁势达到最大。研究了一种电流控制算法,可以实现这两套控制绕组电流相位差30°的控制目标。提出了这两套控制绕组载波移相90°的PWM控制方法,可以有效降低功率绕组输出电压波形中的高次谐波。提出了一种无位置编码器控制算法,在并网条件下可实现功率绕组有功电流和无功电流的控制。研制了一套30k VA绕线转子双三相无刷双馈发电机控制系统及实验装置。通过大量的仿真和实验研究,验证了所提出控制方法的正确性。

基于定子电流法的绕线转子无刷双馈发电机偏心故障研究

绕线转子无刷双馈电机在船舶轴带发电以及风力发电等领域中具有良好的应用前景。转子偏心是一种常见的机械故障,威胁着现代化工业体系的稳定运转,因此实现其状态检测和故障诊断非常关键。由于无刷双馈电机具有特殊的定、转子绕组结构以及复杂的气隙磁场,因此传统的故障检测方法无法直接用于该类电机。该文通过定子电流法提取了功率绕组电流的特征频率分量作为故障指标,实现对静偏心、动偏心以及混合偏心的无创诊断。建立故障电机的时步有限元模型,并通过详细的故障机理分析,得出不同类型的偏心故障可能导致的特征频率信号。最后,以一台2/4对极无刷双馈电机为例,并通过有限元仿真、样机试验验证解析法的结论,为绕线转子无刷双馈电机偏心故障的精准检测提供了理论依据。

基于Kriging代理模型的无刷双馈发电机转子优化设计

无刷双馈发电机由于其自身没有电刷、滑环等结构特点,因此被认为是最有希望成为风力发电系统的主流发电机之一。无刷双馈发电机是依靠转子的磁场调制机理实现机电能量转换,其转子的耦合能力是影响电机性能的重要因素。因此本文提出了一种串联笼条辅助磁障转子的新型转子结构,分析了该种转子不同结构参数对电机性能的影响,并提出一种基于Kriging代理模型的多目标差分进化算法的无刷双馈发电机转子优化设计方法。首先建立该种新型转子的参数化模型,通过Kriging代理模型建立优化变量与优化目标之间的响应关系,再利用多目标差分进化算法找到最优的变量组合,最后通过有限元仿真对电机的性能进行分析。

双定子无刷双馈风力发电机无速度传感器反步法直接功率控制

针对双定子无刷双馈发电机,将内外功率绕组及内外控制绕组分别同相串联以保证电磁一致性。基于Lyapunov和Popov稳定性理论,采用反步法和模型参考自适应系统设计一种无速度传感器的反步法直接功率控制策略,利用空间矢量脉宽调制(SVPMW)以固定开关频率驱动控制绕组机侧变流器IGBT,以减小功率绕组功率波动及电流总谐波畸变率。通过12/8极50 kW样机控制系统的特性仿真研究,结果表明:所提控制策略在亚同步~超同步的速度变化范围内,可实现变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率及单位功率因数控制,电流总谐波畸变率约为2%。

不平衡电压下双笼转子无刷双馈发电机的多目标控制

该文以双笼转子无刷双馈感应发电机为主要研究对象。为了解决不平衡电网电压带来的功率绕组(power winding,PW)定子绕组功率脉动和电流不平衡的问题,设计了简化矢量控制策略,对PW侧谐波功率和负序电流进行抑制。此外,通过建立控制绕组(control winding,CW)电流统一表达式,对各个控制目标之间的关系进行了数学推导和理论分析。在此基础上,建立了PW电流不平衡度约束条件下,针对PW有功功率脉动幅值和无功功率脉动幅值的多目标控制数学模型。并采用粒子群算法进行求解,对CW统一电流表达式中的系数进行优化,计算CW参考电流值从而实现多目标控制。最后在双笼转子无刷双馈感应发电机实验平台上,对所提出的控制策略的有效性和理论推导的正确性进行了验证。

新型双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制

新型双定子无刷双馈发电机包括内外功率绕组和内外控制绕组,二者分别通过中间带隔磁环的背靠背笼障转子进行磁场耦合。针对该新型双定子无刷双馈风力发电机提出一种直接功率控制方法,内外功率绕组及内外控制绕组分别串联以保持各自同相绕组的电磁一致性,将功率绕组有功和无功功率滞环比较器输出值及控制绕组磁链扇区号综合,采用查找表得到控制绕组机侧变流器所需输出的电压空间矢量。通过定量对比研究12/8极50 kW样机控制系统阶跃信号作用下的特性仿真与实验结果,验证了所提双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制在亚同步~超同步速度变化范围内变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率与单位功率因数控制等方面的正确性、可行性和有效性。

开绕组无刷双馈风力发电机直接功率控制容错策略

针对无刷双馈发电机提出了一种控制绕组采用开绕组拓扑(OW-BDFG)的馈电方案,将三相控制绕组两端打开分别连接变流器构成双两电平变流器(D-TLCs)馈电拓扑,对机侧变流器功率器件IGBT因故障切除后的容错控制策略进行深入分析,提出了功率偏差比较直接功率控制(PEC-DPC)的D-TLCs电压空间矢量优化方案。对比分析了8/4极25kW样机的仿真及实验结果,表明:当机侧变流器1个或2个IGBT被切除后,所提OW-BDFG的PEC-DPC仍可实现变速恒频、最大功率点跟踪及单位功率因数控制,进一步提高了该发电机系统的可靠性和鲁棒性。

船舶轴带无刷双馈发电机关键技术研究

针对额定功率为5kW的小型内河船舶轴带无刷双馈发电机系统,基于有限元分析法,建立船舶轴带无刷双馈电机数学模型;针对定子绕组选用3Y/△联结绕组设计,可灵活调整每相支路槽号,显著降低三相绕组不对称对电磁性能的不利影响;设计了一款深槽加导条式凸极转子,并对深槽的深度和宽度进行优化设计,结合有限元分析,探讨了无导条和加导条对该凸极转子磁场调制性能的影响;模拟船舶主柴油机驱动轴带无刷双馈发电机运行工况,进行了样机对拖试验,验证了设计方法的可行性。

绕线转子无刷双馈发电机的计算机辅助设计系统

本文为了准确且快速分析计算无刷双馈发电机的稳态性能,基于传统三相电机的电磁设计程序和无刷双馈电机的等效电路,开发了采用C语言软件的绕线式无刷双馈电机计算机辅助设计系统。此系统可以计算在不同转速和控制电压下的电机性能。通过对实验数据和计算结果进行对比,证明了此设计系统计算结果的准确性,为绕线转子无刷双馈电机的计算机设计提供了高效便利方法。

无刷双馈风力发电机的发展及挑战

随着全球能源需求的持续增长,风力发电作为一种清洁、可再生的能源方式,逐渐成为人们关注的焦点。无刷双馈感应电机(BDFM)现代多兆瓦风力发电机常用的电机类型。本文讨论了级联感应电机向现代BDFM的演变,并对其工作原理进行介绍。同时本文概述了BDFM建模、设计和控制领域的最新发展。在此基础上,对BDFM发展现状以及所面临的研究难题进行分析,总结了BDFM的发展中所面临的挑战。本文研究结果可以为研究BDFM提供参考。

暂态谐波电网下双馈风力发电机建模与控制技术

换相失败、励磁涌流、冲击性负荷等引起的暂态谐波进入电网易造成双馈感应发电机(DFIG)产生变流器过流脱网、机组稳定性破坏等严重后果。为提高暂态谐波电网下DFIG的运行性能,改善其馈入电网的电能质量,首先,建立了暂态谐波电网下DFIG的数学模型;其次,提出了一种基于重复控制调节器的控制策略,在暂态谐波冲击下分别实现了转子电流平衡且正弦和定子电流平衡且正弦的控制目标;然后,分析了所提控制策略的控制性能,包括谐波电压抗干扰性能及控制目标切换后的稳定性能;最后,基于硬件在环仿真平台,对所提控制策略的有效性进行了实验验证。

双馈风力发电机塔上修复技术关键工艺研究

双馈风力发电机经过长期运行后,转轴易产生磨损损伤等故障。针对转轴磨损损伤故障提出一种新的修复工艺路线,开发出转轴塔上修复工艺工装,并进行工艺方案设计,经过修复验证,焊接无缺陷,转轴无变形。经实地修复验证成功,对比下塔后修复工艺,极大缩短转轴损伤故障处理时间,提高现场经济效益。

双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析

针对双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理尚不明确且无法为故障诊断提供理论依据的问题,开展了双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析.首先,结合有限元仿真及解析推导,分析转子匝间短路下双馈异步风力发电机的气隙磁密规律,得到转子所受的不平衡磁拉力;然后,考虑转子不平衡磁拉力的情况下构建双馈异步风力发电机转子-轴承系统非线性动力学模型,利用非线性动力学仿真获取转子匝间短路故障下系统的振动仿真信号;最后,在双馈异步风力发电机故障模拟实验台上进行转子匝间短路故障实验,利用实验分析验证非线性动力学仿真结果的有效性.非线性动力学仿真及实验分析结果均表明,转子匝间短路故障下双馈异步风力发电机转子-轴承系统振动信号的频谱存在转频的谐波成分,通过检测转频的谐波分量可诊断双馈异步风力发电机转子匝间短路故障,有效揭示了双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理.

不平衡磁拉力作用下无刷双馈电机的转子振动特性研究

无刷双馈电机长时间运行会出现转轴弯曲、轴承磨损等状况,导致气隙动偏心,并因此产生不平衡磁拉力,影响转子系统动力学特性。为了研究由不平衡磁拉力引起的转子振动特性问题,建立Jeffcott转子动力学模型,得出考虑不平衡磁拉力作用下转子系统的振动微分方程组,并对其自由振动响应进行了计算。以某型号无刷双馈电机的样机尺寸为例,分析气隙动偏心状态下电机气隙长度、转子材料及几何尺寸等对电机振动特性的影响,并利用Runge-Kutta法对振动微分方程组进行分析,结果表明:当转子动偏心率较小时,利用该转子系统的振动微分方程组计算出的解析解与数值计算结果吻合较好,转子的一阶振幅误差仅为0.2%,二阶振幅误差为2%,具有较高的精度且计算较为简便,为电机的高可靠运行提供理论支撑。

无刷双馈电机研究综述与展望

无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点,综合考虑性能指标与结构工艺,提出了转子双套绕组的发展方向;梳理了无刷双馈电机的稳态等效电路模型及基于各类数学模型的优化设计方法,针对现存难以完整考虑不同转速工况性能的不足,阐明了利用新型同步-异步相串联等效电路进行优化设计的思路;对比分析了经典及新近出现的无刷双馈电机控制系统拓扑和控制策略特点,面向典型电动、发电工况建立了完整的电机及控制系统。最后,对无刷双馈电机的上述理论研究问题及工业应用的发展方向进行了总结阐述,为该类电机的深入研究及加快推广应用提供参考和指导。

离网型双馈风力发电机组控制策略研究

本研究首先分析了离网型风力发电机组的数学模型,以及转子侧变换器、定子侧变换器的数学模型。然后根据数学模型,在转子侧变换器推导了直接电压矢量控制,其控制目标为定子侧的输出电压的幅值与频率;在定子侧变换器推导了基于定子电压矢量定向的矢量控制,采用电压平方外环、电流内环的双环控制,其控制目标为直流母线电压。为验证该控制策略,搭建了仿真模型,仿真结果显示,该方法能够实现离网型双馈风力发电机组输出稳定的电压。

双馈风力发电机绝缘系统性能评估解析

以双馈风力发电机为分析对象,主要研究双馈风力发电机的绝缘系统性能评估,经过绝缘系统性能评估后,能满足双馈风力发电机的服务作用,推动风力发电作用的提升,满足清洁能源的合理利用。在具体工作中,对实际运行环境的测试展开分析,再对绝缘性能的测试进行阐述,最后对实机测试与实验测试等效性分析实现研究,保证双馈风力发电机的绝缘系统能保持性能良好,满足风力发电企业的健康发展。

简谈双馈异步风力发电机变频器运行控制技术

随着风力发电技术的不断发展,风力发电系统性能提升和可靠性增强成了风力发电领域的迫切需求,为满足电力系统的频率和电压稳定性要求,对发电机的运行控制技术提出了更高水平的挑战。双馈异步风力发电机作为一种主流的发电机类型,其中变频器作为双馈异步风力发电机工作的核心控制技术,具备在变化风速下优化能量转换的潜力。文章针对双馈异步风力发电机的工作模式与其构成系统中的变频器功能进行分析,并从技术应用与算法两个角度探讨了双馈异步风力发电机变频器运行控制的具体技术方案,旨在全面提升双馈异步风力发电机的运行控制效率,提高风力发电系统的整体效率,减少对传统能源的依赖,实现更为可持续的能源利用。

浅谈双馈发电机转子引出线结构优化改进

双馈发电机属于风力发电机组中常用的发电设备,在满发情况下其定子和转子能够同时对电网进行发电,因此在风力发电机组中得到了广泛应用。但是,就其现状来看,双馈发电机转子引出线结构仍然存在着一些问题。基于此,本文在分析双馈发电机转子引出线结构设计潜在问题的基础上,进一步探究双馈发电机转子引出线结构优化改进方案,以期提高双馈发电机的应用效果。

双馈机组风力发电机变频器控制系统算法分析

双馈机组风力发电机变频器控制系统是目前广泛应用于风力发电的一种技术方案。该系统通过变频器将风轮发电机产生的交流电转换为同步频率的电能,并通过控制算法实现对输出电能的稳定控制。本文对双馈机组风力发电机变频器控制系统的关键算法进行了分析。介绍了PID(比例-积分-微分)控制算法在双馈机组风力发电机中的应用。过程中系统的复杂性和可靠性要求也带来了一些挑战,需要进一步地研究和技术改进。