基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略

该文基于微分几何理论,从状态空间的角度出发对双馈异步风机(doubly fed induction generator,DFIG)的机侧变换器和网侧变换器独立设计,通过构造微分同胚变换将其动态模型精确线性化并设计相应的非线性控制律,实现了多目标最优控制。通过仿真验证表明,基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略能有效抵御外界风况和电网电压的剧烈变动并快速恢复稳定,呈现优良的抗扰特性。

基于d-q理论的双馈异步电机定子匝间短路故障诊断方法

为实现双馈异步电机定子绕组匝间短路的早期故障诊断,提出一种基于转子电流特征频率分量的故障诊断方法 .首先,通过分析故障后电机的电磁特性,得到故障后转子电流中会产生特征频率分量的结论 .然后,通过对转子单相电流进行特殊的相移构造出三相电流,并对该组电流进行d-q变换,利用理论推导证明d-q变换后的直流分量幅值能够反映特征谐波的大小,将直流分量作为故障特征量进行双馈异步电机匝间短路故障的诊断.最后,依据有限元法建立故障前后电机的仿真模型,对不同工况下故障特征量的变化进行研究.结果表明:基于d-q理论提取的故障特征量与定子绕组的短路匝数呈正相关,且在转速变化和电压不平衡时也可有效诊断出匝间短路故障;通过设置合理的故障阈值可实现对双馈异步电机定子绕组匝间短路故障的精确辨识.研究结果可以为电机绕组匝间短路故障诊断提供参考.

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.

双馈异步风机控制模态交互与内部谐振问题研究

随着国家能源结构的转型以及实施“双碳”战略,大规模风电持续接入电力系统,对系统带来了交互谐振以及变流器驱动稳定性等问题。通过研究双馈异步风机机侧变流器以及网侧变流器控制外环的控制参数对稳定性的影响,发现机侧变流器控制外环的参数稳定区均位于左下平面,网侧变流器外环控制参数稳定区位于右下平面,参数稳定区与不稳定区之间存在着带状的参数风险区。当增大网侧变流器控制器的比例系数与积分系数时,系统阻尼将增强,但在某个区间会产生强烈的交互作用进而发生内部谐振,导致系统失去稳定。针对网侧变流器控制器之间的强烈交互作用,引入粒子群算法对网侧变流器的PI控制器进行参数优化,优化后直流电压恢复速度缩短半个周期,超调量减少40%。

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。

双馈异步风力发电机气隙静偏心下电磁转矩特性分析

本文对双馈异步风力发电机气隙静偏心故障下的电磁转矩波动特性进行了综合分析。首先,推导正常和气隙静偏心工况下气隙磁密,然后得到正常和静态气隙偏心条件下电磁转矩的解析表达式,最后,对双馈异步发电机进行有限元计算。有限元计算结果与理论分析基本吻合。结果表明,气隙静偏心故障会使气隙磁密的空间阶次发生改变,但频率成分不会发生变化。此外,电磁转矩各谐波频率成分幅值也增大,其中,485Hz、585Hz和685Hz的高次谐波增幅最为明显。

用于故障电流计算的双馈异步风力发电机等效模型

针对在电网故障电流计算时双馈异步风力发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)等效模型不完善、不准确的问题,建立了小扰动和大扰动两种情况下计及电网侧变流器(Grid Side Converter,GSC)电流的故障电流等效模型。首先按照DFIG受到不同程度的扰动建立不同场景下的低电压控制策略;再根据低电压控制策略分别建立小扰动和大扰动两种情况下的DFIG故障电流等效模型,在DFIG受到大扰动时,计及GSC参与低电压穿越的运行过程;最后,对接入配电网的两种DFIG模型进行仿真,仿真结果表明,所建立的等效模型准确度高,计算量小。

浅谈双馈异步风力发电机变频器运行控制技术

在双馈异步风力发电机的运行过程中,变频器的作用不可忽视。变频器可以将风力发电机产生的交流电转换为直流电,并通过逆变器将直流电转换为交流电输出到电网上。在此过程中,变频器控制器对电机的输出电压、频率和电流等参数进行实时调整,保证电网的质量和稳定性。因此,研究和应用双馈异步风力发电机变频器运行控制技术具有重要的现实意义和发展前景。

双馈异步电机等效电路参数有限元计算方法研究

围绕双馈异步机的等效电路参数,首先根据经典的π型等效电路,推导等效电路中各参数的理论计算方法,并兼顾实际测量中的可行性问题,提出了一种等效电路参数的有限元计算方法,有限元方法可考虑到电机内磁场及磁路的实际工作状态,使得等效电路参数计算更加精准,为后期电机与变流器的匹配提供准确依据。

双馈异步风电系统的动态级联模型预测控制

双馈异步风机(DFIG)是目前风电市场的主流机型。由于风机需优化不同时间尺度的多个控制目标,传统线性控制难以满足其需求。模型预测控制(MPC)因其优秀的动态性能和多目标优化能力,成为控制风机的有效方法。然而模型预测控制通过单一代价函数实现多目标优化,这导致控制目标相互耦合,使控制优先级混乱、权系数设计复杂。为此,提出一种动态级联模型预测控制策略。所提方法采用多个代价函数级联的结构,通过计算每个控制目标所有代价函数的平均值来对控制目标排序,动态调整优先级。此外,所提方法使用控制阈值调整控制前级进入后级的候选开关矢量数量。所提方法无需使用权系数即可实现对多个目标的总体最优控制。硬件在环结果证明了所提方法的有效性。

双馈异步风电机组机侧转速控制器的设计与仿真研究

双馈异步风力发电机组(DFIG)机侧(即转子侧)变流器作为其电控系统的核心控制部件,主要负责双馈感应电机的转速控制和发电机无功调节任务,但由于其具有非线性、强耦合等复杂特性,导致变流器的控制器设计十分困难。针对上述情况,提供一种DFIG转子侧变流器控制策略设计方法和控制参数优化方法,可通过调节转子侧电流大小实现双馈感应电机转速、无功的无静差调节;并以1.5 MW DFIG实际参数为模型,利用Simulink仿真软件对该控制策略进行仿真验证。研究结果表明:利用PI控制器可实现DFIG转速-转矩控制,发电机转子侧电流理论上可实现无静差跟踪。

双馈异步风力发电机组联网运行建模及其无功静态调节能力研究

受风速变动、电网运行方式变化等诸多因素影响,风电机组接入点电压有时波动很大。双馈异步风电机组通常采用功率因数cos=1的恒定功率因数控制,而没有根据所接入电网运行要求来发挥其自身的无功调控潜能。本文建立了双馈异步风电机组的动态模型,以双馈异步发电机容量为约束条件,导出了双馈异步风电机组在不同风速下的无功功率调控能力,构建了面向接入点电压运行要求的风电机组无功功率调控策略,利用"电力系统综合分析程序"(PSASP)分析了某4.93万kW实际风电场采用所构建的无功控制策略抑制风速变化、电网运行方式变化等对接入点电压扰动的效果,仿真结果验证了所提出控制方法的有效性。

双馈异步发电机定子匝间短路故障诊断研究

分析双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障负序电流的来源,提出以负序电流作为故障特征量进行故障诊断,建立双馈异步发电机仿真模型,通过改变模型中短路匝数和短路电阻的大小实现了匝间短路故障模拟。对仿真发电机在风速恒定的条件下发生定子绕组匝间短路故障进行了模拟。结果表明,定子发生匝间短路故障后,会在定子中增加负序电流分量,定子负序电流的大小随故障严重程度加剧而增加;定子负序电流的大小受发电机负载变化影响很小,有利于轻载状态时定子绕组故障的诊断。

不平衡电压下双馈异步风力发电系统的建模与控制

提出了不平衡电网电压条件下双馈异步发电机(DFIG)在正、反转同步速旋转坐标系中的完整数学模型,推导和分析了不平衡电网电压条件下DFIG定子输出瞬时有功、无功功率组成。在此基础上,提出了小值稳态不平衡电网电压条件下增强DFIG不间断运行能力的4种可供选择的控制方案。讨论了不同不平衡控制目标下转子正、负序电流指令值计算原则,设计了正、反转同步速旋转坐标系中DFIG的双dq转子电流控制器的不平衡控制方案,实现了不平衡电网电压条件下转子正、负序电流的独立跟踪控制,有效地提高了小值稳态不平衡电网条件下风电机组的不间断运行能力。仿真研究验证了理论分析的正确性和所提出的双dq转子电流不平衡控制方案的有效性。

基于有限元分析的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障诊断研究

笔者基于有限元分析软件Maxwell 2D建立了双馈异步发电机的仿真模型,通过改变模型中短路匝数和短路电阻的大小来模拟电机的不同短路情况,对不同情况下的电机进行仿真计算得出:定子发生匝间短路故障后,会在定子中产生负序电流,并随着故障严重程度的增加而增大,同时负序电流会受到电源不对称的影响,在用负序电流进行故障诊断时,需要补偿这些非电机故障因素的影响,同时负序电流也会受到电机负载情况的影响,且随着负载的增大负序电流有微弱增大。另外,定子发生匝间短路故障后,定子三相电流不再对称,故障相电流恒最大,而非故障两相的相位差偏离120°最大,且随着故障的加剧而明显增大。

双馈异步风力发电机并网运行中的几个热点问题

目前我国风电装机容量已跃居世界首位,但因缺乏长期运行经验,在追赶和跳跃式发展中未能预见并网运行中的诸多问题,已成为其发展瓶颈。为满足电网规范要求的电网故障下不脱网运行,必须深入研讨所需控制策略和保护方案。该文以双馈异步风力发电机为对象,综述、分析、讨论其并网运行中,特别是电网故障条件下有效控制中的一些热点问题,如低电压穿越、Crowbar技术、电网故障特别是不对称故障下的不脱网运行控制及与之相关的新型控制器设计等,以期增强弱电网条件下风电机组的并网运行能力。

变速恒频双馈异步风力发电系统低电压穿越技术综述

随着以变速恒频(VSCF)双馈异步发电机(DFIG)为主体的大型风力发电机组在电网中所占比例的快速提高,电力系统对并网风力发电机在外部电网故障、特别是电网电压骤降故障下的不间断运行能力提出了更高的要求。本文首先分析了电网电压骤降对DFIG运行的影响,提出了DFIG风力发电系统低电压穿越运行的控制目标,继而总结、评价了各种适合于DFIG风力发电系统的低电压穿越技术,最后指出了DFIG风电系统低电压穿越技术的优化方向,以期展示该技术的最新进展及发展趋势。

双馈异步风力发电机无差拍直接功率控制及延时补偿

针对双馈异步风力发电机(DFIG),传统基于开关表的直接功率控制策略(LUT-DPC)存在功率波动较大、开关频率不固定、电流谐波丰富等问题。本文提出一种结构和原理简单的无差拍直接功率控制策略(DB-DPC),将无差拍控制原理与空间矢量脉宽调制(SVM)技术及DPC策略相结合,无需旋转坐标变换,在消除瞬时有功及无功功率静差、减少谐波含量的同时获得了固定的开关频率。采用了"两步预测"方式对实际系统中的采样周期延时进行补偿,进一步提高了系统控制精度及动态响应速度。仿真和实验结果验证了该DB-DPC策略及延时补偿方案在DFIG中应用的正确性和可行性。

基于转子平均瞬时功率的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障诊断

由于双馈异步发电机转子参数的可测性,提出一种基于转子平均瞬时功率的定子绕组匝间短路故障诊断方法。首先推导出计及高次谐波的双馈异步发电机正常及发生定子绕组匝间短路故障时的转子平均瞬时功率的表达式,然后建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路故障时的转子平均瞬时功率进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到定子绕组匝间短路故障前后转子平均瞬时功率谐波分量的变化规律,并验证了理论分析的正确性。分析结果表明转子平均瞬时功率谱直观简洁,其2倍频分量不受转差率影响,高次谐波分量对定子绕组匝间短路故障有较强的灵敏性。

双馈异步风力发电机开关频率恒定的直接功率控制

与矢量控制相比,直接功率控制(DPC)结构简单,应用于风电系统的双馈异步发电机(DFIG)能简化变频器控制结构,提高系统动态性能。在分析DFIG暂态数学模型的基础上推导了内部状态量与控制量之间的关系,提出了分别基于转子磁链、转子电流和电磁转矩的3种DPC策略,并通过引入空间矢量调制(SVM)技术使DPC策略的开关频率保持恒定。这些策略在电网正常情况下能获得优良的静态性能,而在非正常运行状态各自表现出不同的动态特性,能适用于不同的控制目标。理论分析与仿真实验证明,电网正常情况下各定频DPC可有效实现有功、无功功率的解耦控制;电网电压波动时基于转子磁链DPC(RF-DPC)可使DFIG快速进入稳定状态,缩短振荡时间;基于转子电流DPC(RC-DPC)可抑制转子电流振荡,防止变频器过流;基于电磁转矩DPC(EMT-DPC)可消除电磁转矩脉动,减少对机组转轴剪切应力冲击。