双转子永磁同步风力发电机的最大功率跟踪控制

转速控制是永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪控制的方法之一,该文在分析了双转子永磁同步风力发电机的数学模型、特性和搭建了双转子永磁同步风力发电机的仿真模型的基础上,将转速控制方法应用到管道式双转子永磁同步风力发电系统中。仿真结果表明:前后风力机设计合适的叶片,转速控制可应用到新型的双转子永磁同步风力发电机,前后风力机可能都实现最大风能跟踪,具有一定的理论意义。

双转子永磁同步风力发电机设计与应用

近年,风力发电得到了迅速的发展;双转子发电机推动了风力发电技术的发展。提出了一种能显著提高风能利用系数的新型双转子永磁同步风力发电机。介绍了其应用范围,并以普通永磁同步电机为基础提出了其数学模型,为以后对其控制系统研究提供了一定理论基础。

双转子永磁同步风力发电机的最大功率跟踪控制

针对通风管道系统,安装单台永磁同步风力发电机不能二次利用风能、风能利用率低,安装多台成本较高的缺点,提出一种具有前后两个半径不同的风机,且风机旋转方向相反的双转子永磁同步风力发电机。在分析双转子永磁同步风力发电机和传统最大功率跟踪控制的工作原理的基础上,得出前后风机风轮半径的关系、前风机作用下发电机输出功率和前风机的最佳转速的算法,提出一种不需检测风速、基于前风机作用下发电机输出功率反馈的转速控制方法。仿真证明,在设计合适的前后风机风轮半径和所提的转速控制的基础上,实现了双转子永磁同步风力发电机的最大功率跟踪控制。

新型双转子双定子永磁同步发电机的磁场及耦合效应分析

为了解决目前海上风力发电机存在的成本高、体积大等问题,提出一种新型双转子双定子永磁同步发电机(DRDS-PMSG).建立了发电机的等效磁路模型,采用有限元分析方法评估了发电机的电磁特性及内外电机的耦合效应,部分仿真结果得到了实验验证.仿真结果表明:随着内、外永磁体相对位置的改变,电机等效磁路存在3种典型情况,并可通过耦合系数对耦合区域的等效磁阻进行描述;内、外电机的耦合效应体现在齿槽转矩、电磁转矩等电磁特性上,内、外电机的齿槽转矩峰峰值分别为0.52和1.64 kN·m,电磁转矩平均值分别为11.65和27.09 kN·m,转矩脉动分别为6.02%和4.12%;总体来看,内、外电机之间存在一定程度的耦合,但该耦合效应被隔磁环有效削弱.

基于混合势函数的永磁同步风力发电机暂态稳定性分析

永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator,PMSG)作为海上风力发电的主要设备,是风电技术的重要发展方向。然而,PMSG在运行过程中,受到大扰动干扰会导致其暂态稳定性下降。因此,针对PMSG风机大扰动下的暂态稳定性阈值难以判定的问题,本文基于混合势函数理论,建立了PMSG风机系统简化后的混合势函数模型,并推导出PMSG风机在大扰动后的暂态稳定判据。通过仿真后的网侧电流波形和网侧功率波形验证了暂态稳定判据的准确性,并调整各参数数值以分析PMSG风机暂态稳定性与风机参数、故障深度、故障时间和风速的关联性。

基于空间极对数宽频带耦合的双转子同步风力发电机电磁特性分析

【目的】针对传统大型永磁同步风力发电机无法实现励磁磁场的调节、传统双馈发电机无法实现直驱且存在后期维护等问题,设计了一种模块化双转子同步风力发电机。【方法】该发电机定子绕组为分数槽集中绕组(FSCW);双转子绕组均为集中绕组且采用直流激励;定子激励产生的两个主导极分别与两个转子的主导极进行磁通匝链。首先,介绍了所设计发电机的基本结构与工作原理;其次,建立了该类发电机的数学模型,并依托于FSCW理论分析其磁链、感应电动势等电磁特性;最后,建立有限元仿真模型,将仿真与理论结果进行对比分析。【结果】结果表明:定、转子齿部导磁面正对位置处磁链计算较为准确,而定、转子齿部偏移处由于含有气隙漏感存在一定的计算偏差。【结论】仿真与理论结果基本吻合,验证了所设计的模块化双转子同步风力发电机的正确性。

采用改进遗传算法优化LS-SVM逆系统的外转子无铁心无轴承永磁同步发电机解耦控制

为了实现外转子无铁心无轴承永磁同步发电机(outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous generator,ORC-BPMSG)的精确控制,提出一种基于改进遗传算法(improved genetic algorithm,IGA)优化最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LS-SVM)逆系统的解耦控制策略。首先,基于ORC-BPMSG的结构及工作原理,推导其数学模型,并分析其可逆性。其次,建立LS-SVM回归方程,并采用IGA优化LS-SVM的性能参数,从而训练得到逆系统。然后,将逆系统与原系统串接,形成伪线性系统,实现了ORC-BPMSG的线性化和解耦。最后,将提出的控制方法与传统LS-SVM逆系统控制方法进行对比仿真和实验。仿真和实验结果表明:所提出的控制策略可以较好地实现ORC-BPMSG输出电压和悬浮力、以及悬浮力之间的解耦控制。

基于QROGI的永磁同步风力发电机定子电流谐波抑制方法

针对永磁同步风力发电机驱动系统中定子电流谐波的问题,提出一种基于准降阶广义积分器(QROGI)的电流谐波抑制方法。将QROGI控制器引入电机控制电流环,利用QROGI控制器在设定交流频率处的高增益以抑制谐波电流;针对旋转坐标系下谐波电流分量在交直轴上表征为交流量,通过在电流内环叠加QROGI控制器实现对谐波电流的控制;对叠加QROGI的电流环控制器进行详细理论分析,对电流环控制器参数进行设计,给出详细的分析过程及控制器参数定量计算方法。最后通过搭建半实物实验平台验证了所提方法能够对永磁同步风力发电机定子谐波电流进行有效抑制。

直驱式永磁同步风力发电机调速仿真系统的教学应用——以“电力拖动及自动控制系统”课程为例

在碳中和、碳达峰背景下,风力发电作为重要的清洁能源,在电力能源中所占比例不断提高。对风力发电机的有效调速可以实现发电功率的最大化,由于交流风力发电机的调速系统复杂、关联度高、耦合性强,在实际运行调节过程中,需要综合考虑各种因素的影响,操作控制难度大,无法进行现场实验。基于“电力拖动及自动控制系统”课程教学的需求,构建了以综合设计为主体、探索创新为导向的直驱式永磁同步风力发电机(PMSG)仿真系统实验体系。通过虚拟仿真实验,学生对先进交流电机的调速系统有了整体认识,了解风力发电最大功率跟踪调速的基本知识,对专业的工程应用有了深入了解,增加专业认同感。针对不同的教学目标,设置多层次实验任务,满足不同学生的学习需求,激发学生学习兴趣,提升相关专业课程学习和实验的教学质量。

基于双环路同步旋转的双三相永磁同步发电机自抗扰谐波电流抑制

双三相永磁同步发电机(Dual three-phase permanent magnet synchronous generator,DTP-PMSG)具有高功率密度、高容错性和高可靠性等特点,广泛适用于高端装备领域。但由于电机气隙磁场畸变及整流器开关器件死区时间等非线性因素的影响,导致双三相永磁同步发电机定子绕组中通常含有大量谐波电流。谐波电流会增加系统损耗,降低发电机效率,影响发电系统性能,特别是映射到x-y谐波子平面上的5、7次谐波,由于该平面对应的阻抗较小,因此即使很小的谐波电压扰动都会引起较大的5、7次谐波电流。为抑制定子绕组中的谐波电流,提出基于双环路同步旋转的自抗扰谐波电流抑制策略。所提策略利用双环路同步旋转坐标变换将x-y谐波子空间的5、7次谐波分别映射到与其同步的旋转坐标轴系中,在各自环路中采用自抗扰控制器将12倍频交流分量视为系统总扰动的一部分观测出来并对其补偿,从而实现对多维谐波电流的有效控制。最后,通过试验验证了所提控制策略的正确性和优越性。

5 MW内外转子组合式直驱永磁风力发电机仿真设计

文章通过等效磁路法设计了额定功率5 MW的直驱永磁风力发电机,对比研究了120极/378槽和78极/324槽两种设计方案的超大功率直驱永磁风力发电机性能,从电机结构上解决了超大功率发电机体积过大,不利于运输等缺点,并在此基础上,仿真验证了文章所设计的内外转子组合式5 MW直驱永磁风力发电机是可行的和有效的。

直驱式永磁同步风力发电机双模功率控制策略的仿真研究

在分析变桨距执行机构动作滞后及变桨速度限制带来的功率波动问题基础上,针对直驱式永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)系统,提出全风况下结合变桨距控制的双模功率控制策略。低于额定风速时,采用基于转速反馈的最大风能跟踪控制;高于额定风速时,根据发电机额定功率和即时转速设定参考电磁转矩,将发电机输出有功功率限定在额定值附近;并给出了双模控制系统中2种控制模式之间平滑切换(smooths witching)的具体规则。对双模功率控制策略下的一台2MW直驱式PMSG系统进行仿真研究,验证了该控制策略的正确性和有效性。相对于采用传统控制策略的直驱式PMSG系统,该控制策略能够在额定风速以上获得更为平稳的有功功率输出。

基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电机组建模与仿真

直驱永磁同步风力发电(D-PMSG)系统无变速箱,效率高,稳定性好,能获得质量较好的电能,通过变换器与电网相连,可灵活控制系统的电压和频率,能够对输出的有功功率和无功功率进行相对独立的控制。文章利用电力系统分析软件DIGSILENT/Power Factory,在建立D-PMSG和双PWM变换器模型的基础上,结合典型算例系统结构进行了仿真分析,验证了所建模型的正确性。

双并列转子永磁同步电机转矩脉动产生机理及抑制

双并列转子永磁同步电机由于部分定子铁心和绕组的缺失,存在较大的转矩脉动,限制了其在并行对驱类机械装备中的应用。该文对双并列转子永磁电机转矩脉动产生机理进行分析,并提出了相应的抑制方法。对比了N-N型、N-S型两种转子结构,阐明了N-S型转子结构的优越性。在此基础上,开展了转矩脉动产生机理研究,按照影响因素不同,逐次分析了齿槽效应、端部效应、永磁齿轮效应以及绕组参数不对称对电机转矩脉动的作用机理,构建了各个转矩分量的解析表达式。通过有限元模型,验证了理论分析的正确性。针对产生转矩脉动的不同分量,提出了相应的抑制方法,其中抑制空载转矩可以通过优化电机的结构参数来实现,抑制纹波转矩可以通过优化绕组位置分布来实现。搭建样机实验平台,验证了分析模型的准确性。

新型直接驱动外转子双凸极永磁风力发电机

提出了直接驱动外转子双凸极永磁风力发电机方案,对双凸极永磁(DSPM)风力发电机进行了设计和有限元分析。为减小发电机尺寸和重量,采用了外转子结构。由功率方程推导得出发电机主要结构尺寸,给出了铁心直径、轴向长度、永磁体尺寸、绕组匝数等主要设计参数的选取原则与方法,并设计了一台24/16极20kW外转子DSPM风力发电机,运用有限元方法分析了发电机特性。分析结果验证了设计方法的有效性和设计方案的正确性。

直驱式外转子永磁同步风力发电机的设计与分析

应用场路结合法设计了一台2 MW直驱外转子永磁同步风力发电机,建立二维电磁场仿真模型,研究发电机在空载、额定负载、短路工况下的磁链、反电势等电磁性能。为削弱发电机齿槽转矩,基于能量法和傅里叶级数分解法,给出齿槽转矩的解析表达式,通过分析极弧系数对齿槽转矩和输出电压正弦畸变率的影响,提出最佳极弧系数的确定方法。仿真结果验证了理论分析的正确性,为电机参数的优化提供依据。

一种双定子低速稀土永磁同步风力发电机设计研究

根据应用在风力发电装置中的稀土永磁同步发电机转速低、极对数多、体积大的特点,为了充分利用发电机的空间,设计了1种新型双定子低速稀土永磁同步发电机,利用ANSYS软件进行建模、剖分、加载、求解和后处理等仿真分析,在发电机体积相同的情况下,通过对比单、双定子结构永磁发电机的性能参数,表明采用新结构的发电机的输出功率和输出电压有明显提高。

外转子永磁同步风力发电机运行工作点的研究

随着高性能永磁材料的发展,永磁同步发电机在各类发电机中越来越具有竞争力。例如风力发电装置中对大功率风力发电机的需求越来越多。论文对外转子低速永磁同步风力发电机运行工作点进行了研究,并对其结构和优越性进行了分析。

永磁同步风力发电机的双启发式动态规划控制

永磁同步风力发电机(PMSG)的功率控制一般基于线性控制理论,致使其动态性能难以完全满足风电场运行的需要。本文采用双启发式动态规划(DHP)对PMSG的输出功率进行控制。首先阐述PMSG的工作原理,然后搭建动态模型,编制了DHP算法的C程序,创建DHP控制模块以更换动态模型中的PI控制模块,最终接入到IEEE 10机39节点系统进行时域仿真并调节参数。仿真结果表明,应用DHP算法有效实现了PMSG的功率控制,获得了较为理想的动态性能。

直驱永磁同步风力发电机转子位置测量的研究

针对现有永磁同步发电机的转子位置测量方法,综合各种测量方法的不足,提出了一种增量式光电编码盘的测量方法,并对电机初始位置检测进行了实验与结果分析,实验结果表明了该方法是切实可行的,能够可靠并有效地检测出电机转子的初始位置。