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。

输入饱和下永磁同步风力发电机的协调控制

针对永磁同步风力发电机(PMSWG)在最大功率跟踪(MPPT)过程中出现的输入饱和约束问题,提出了一种基于滑模抗饱和控制与端口受控Hamiltonian(PCH)控制的协调控制策略。滑模抗饱和控制解决了PMSWG系统的输入饱和约束问题,并提高了系统的响应速度。PCH控制提高了系统的稳定性和跟踪的准确性。协调控制策略的协调函数是基于双曲正切函数设计的,通过该协调函数可将两种控制方法联系在一起,共同实现对PMSWG系统的控制。仿真结果表明,该协调控制策略既能实现对PMSWG期望转速的跟踪控制,又能解决发电机运行过程中出现的输入饱和问题。

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略

以永磁体励磁多极直驱式同步风力发电机组(directly driven wind turbine with permanent magnet synchronous generators,D-PMSG)为对象,建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的D-PMSG数学模型,提出了风力机桨距角和发电机转速的控制策略:桨距角的控制策略中以风速和发电机功率为输入信号,采用比例–积分控制很好地反映了不同风速对桨距角控制的不同要求;发电机转速控制策略中采用dq同步旋转坐标下的矢量控制方法,用d轴电流控制无功功率,用q轴电流控制转速,既实现了机组的解耦控制,又充分利用了发电机容量。运用Matlab/Simulink建立了D-PMSG仿真模型,对风速阶跃变化时机组运行情况进行了仿真,结果验证了该模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。

基于有限元方法的大型永磁直驱同步风力发电机电磁场计算

用有限元软件和电磁场知识对1.2MW永磁风力发电机建模,计算了发电机的静、瞬态磁场。研究了发电机静态气隙磁场的分布,通过傅里叶分解,得出了气隙磁密基波和高次谐波。采用转子斜极方法消除高次谐波,得到了转子斜极改善磁密分布的实际效果。对于瞬态磁场,采用电路分析方法,根据有限元方法的电路耦合功能,得出了发电机磁场和电势波形。结合实验数据,对比了静、瞬态磁场计算结果,分析了数据产生偏差的原因,验证了理论分析的正确性和有效性。

兆瓦级永磁同步风力发电机无速度传感器矢量控制方法研究

针对兆瓦级永磁同步风力发电直驱系统应用,提出一种基于锁相环模型和模型参考自适应原理的永磁同步风力发电机无速度传感器矢量控制方法。该方法采用软件锁相环模型锁相定子电压,并以此为基础,根据模型参考自适应原理,建立转子位置定向调节器,实现矢量控制坐标系的准确定向。应用所提方案于兆瓦级永磁同步风力发电机的矢量控制系统,实验结果表明,在电机可能运行的速度范围内,该算法工程实现较简单、系统鲁棒性强,动态响应快,从而验证了所提控制算法的正确性和可行性。

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。

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。

直驱永磁同步风力发电机动力学特性仿真分析

为了研究直驱永磁风力发电机的混沌特性,通过建立永磁同步电机的混沌模型,从理论上分析了电机在某一参数改变时系统从电压稳定到崩溃的发展过程。在MATLAB中进行编程研究永磁同步电机的混沌特性,在PSCAD/EMTDC中,搭建直驱永磁风力发电机模型,对直驱风力发电机随着风速改变而引起的电压崩溃现象进行了时域仿真,与混沌特性比较,验证正确性。仿真结果表明,在系统参数匹配的条件下,当风速达到临界值时,电机出现无规则振荡,电压忽高忽低乃至崩溃,严重影响电机的并网稳定性。

兆瓦级永磁同步风力发电机矢量控制策略

文章针对兆瓦级永磁同步风力发电直驱系统的应用,提出了一种基于定子电流定向的永磁同步风力发电机复合矢量控制策略;该策略在发电机切入速度与转折速度间采用最大转矩电流比控制方式提高系统的发电功率,在转折速度至极限速度间,采用最大功率输出的弱磁控制方式提高系统的稳定性;根据实时检测的发电机运行状况,2种控制策略实现相互转换,应用所提方案于兆瓦级永磁同步风力发电机的控制系统,通过仿真和实验验证所提方案的正确性和可行性。

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。

直驱型永磁同步风力发电机混沌运动的非线性比例控制

根据直驱型永磁同步风力发电机(DPMSG)的数学模型,通过仿射变换和时间尺度变换,将转子磁场定向坐标系下的永磁同步发电机模型变换成一种简单的无量纲数学模型。验证系统在某些参数条件下会出现混沌运动,提出直驱型永磁同步发电机混沌运动的非线性比例控制方法。该方法以直轴和交轴电压为控制变量,通过发电机状态的非线性反馈,将直轴和交轴电流方程中的耦合项解耦,并使直轴和交轴电流可以跟踪设定值。该控制方法可以根据实际要求设置唯一稳定的平衡点。仿真结果表明了理论分析的正确性和有效性,为DPMSG风力发电系统的混沌控制提供了有效的控制方法。

永磁同步风力发电机随机分岔现象的全局分析

永磁同步风力发电机在运行过程中不可避免地会受到风能的随机干扰,本文建立了在输入机械转矩存在随机干扰情况下永磁同步风力发电机的数学模型,采用胞映射方法分析了随机干扰强度变化时系统全局结构的演化行为,并通过数值模拟对理论分析进行验证.研究结果表明,随着随机干扰强度的增大,系统中会出现随机内部激变和随机边界激变,即由于随机吸引子与其吸引域内的随机鞍发生碰撞而产生的随机分岔现象和由于随机吸引子与其吸引域边界发生碰撞而产生的随机分岔现象.研究结果揭示了随机干扰对永磁同步风力发电机运行性能影响的机理,为永磁同步风力发电系统的运行和设计提供了理论依据.

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。

表贴式与内置式永磁同步风力发电机的轴电流模型对比分析

永磁同步风力发电机通过变流器与电网相连时,变流器产生的共模电压会产生轴电压和轴电流,继而引起轴承早期失效,危害系统的安全运行,因此对永磁同步风力发电机轴电流问题进行研究具有重要意义.本文对表贴式与内置式永磁同步发电机的轴电流问题进行分析,分别建立轴电流分析模型,通过解析计算获取杂散电容参数,确定发电机的轴承分压比.通过对比分析发现:永磁同步发电机的轴承分压比小于双馈异步发电机;内置式永磁同步风力发电机与表贴式的轴电压分压比相近;但是表贴式永磁同步电机的共模电流较大.

直驱永磁同步风力发电机灰色预测PI控制

随着高性能优质永磁材料的研发和大功率变流技术的发展,直驱式永磁同步风力发电机(D-PMSG)得到越来越多的应用,风电系统具有的时变性和非线性使得传统的控制方法很难取得令人满意的控制效果。为此,基于D-PMSG机侧PI控制,在最大功率点跟踪(MPPT)下,提出一种灰色预测与传统PI控制相结合的方法,搭建了包括D-PMSG和灰色预测PI控制器的风电控制系统仿真模型。仿真结果表明,与传统的PI控制相比,灰色预测PI控制具有响应更快、鲁棒性更好、超调量更小等优点。

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。

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。

直驱式永磁同步风力发电机无传感器矢量控制方法研究

针对直驱式永磁同步风力发电机无传感器控制,采用基于扩展卡尔曼滤波算法（EKF）无传感器控制方法,建立了EKF模型,利用MATLAB/Simulink仿真,证明了EFK模型可以比较准确地估计出转子的转速和转子位置,说明了EFK方法的有效性。在直驱式风力发电机控制系统中,传感器的使用会引起成本和系统复杂度的增加,导致系统可靠性降低等,采用无传感器控制方法可以避免这些问题。永磁同步电动机的无传感器控制方法主要有基于电动机模型的算法、观测器基础上的算法以及其他一些非理想特性的算法。

小型永磁同步风力发电机电磁设计及仿真

介绍了小型风力发电系统总体结构和工作原理,列举了3k W永磁同步风力发电机的主要技术参数。并对发电机的空载特性、负载特性进行了仿真计算分析,尤其是对定子是否采用斜槽时发电机的空载特性进行了对比仿真分析。