定子双绕组电机槽漏感计算与绕组分布关系的研究

对于定子双绕组电机,两套定子绕组共存于同一槽中,存在互漏感磁链耦合,槽漏感的计算与绕组节距、两套绕组夹角及绕组在槽中的分布有一定的关系,其计算不能套用现有的计算公式,需要进一步地研究。本文主要采用解析法研究不同绕组分布形式下的定子双绕组电机槽漏感的计算问题,导出了相同匝数两套绕组槽自漏感、互漏感与节距之间的关系式。

基于超扭曲滑模的双定子绕组感应电机转速磁通控制

针对双定子绕组感应电机DSWIMs(dual-stator winding induction machines)在传统直接转矩和磁通控制下转矩、磁通和电流纹波大,在低速下控制磁通难度大、噪声大等问题,提出1种基于超扭曲滑模控制器STSMC(super twisting sliding mode controller)的DSWIMs新型转速和磁通直接控制方法。通过设计满足李雅普诺夫稳定条件的有限时间收敛误差为0的非线性控制器,提出1种DSWIMs新型转矩分配算法,可使DSWIMs在较宽的转速范围内运行,并包括零转速,所需电磁转矩由2组绕组根据其额定功率提供。此外,针对DSWIMs设计了1种基于滑模控制的全阶观测器,能够高精度地估计绕组磁通、磁通角和转子转速,以实现最优磁通状态。最后,在1个3.3 kWDSWIM驱动系统上进行实验测试,评估所提DSWIM控制方案的性能,实验结果证明了所提控制方法、转矩分配算法和全阶观测器在不同速度区域的有效性。

定子双绕组感应电机风力发电系统励磁电容的优化选取

在定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统中,励磁电容的优化选取对控制绕组励磁变换器(SEC)容量的最小化具有重要作用,它不仅与发电机参数、转速范围有很大关系,同时还受风力机功率曲线和负载性质的影响。本文以SEC容量最小化为目标,在分析该发电机励磁无功变化规律的基础上,研究了励磁电容优化选取的原则,采用图解法和迭代法得到带阻性负载下的优化励磁电容值。考虑到整流负载的非线性因素,利用仿真法对该值进行合理调整,最终得到带整流负载所需的优化励磁电容值。在一台18kW带整流负载的DWIG样机系统上进行了实验验证,结果表明,系统在宽转速范围内能稳定运行,励磁变换器容量约为额定输出功率的1/3,实现了励磁变换器容量最小化。

基于瞬时转差频率控制的定子双绕组异步电机变频交流发电系统

研究了一种基于定子双绕组异步电机(DWIG)的变频交流发电系统,根据功率平衡思想提出了该变频交流发电系统的瞬时转差频率控制策略。该策略省去了复杂的坐标变换和影响动态性能的电流环,综合考虑了输出电压和输出电流二者的变化信息,利用电压矢量去调节发电机的瞬时转差频率,进而改变电磁转矩,保证输出电压稳定。在一台15 kW样机上进行了一系列实验研究,实验结果证明了该变频交流发电系统的可行性和控制策略的有效性。

宽风速运行的定子双绕组感应电机风力发电系统励磁电容的优化方案

将控制侧静态励磁控制器(SEC)的直流母线端和功率侧整流桥的输出端通过功率二极管并接起来,可使定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统在宽风速范围内输出恒定的高压直流。鉴于新拓扑和新系统控制策略的特殊性,本文详细分析了系统在高低风速两种运行状态下的控制绕组电流变化规律,并在此基础上以SEC容量最小为目标,研究了新系统的励磁电容优化方案。方案运用Simulink仿真得到励磁电容变化对控制绕组电流的影响,并依据仿真结果运用循环计算和实验验证相结合的方法,最终得到最优的励磁电容值及最佳的切换转速。实验结果证明了该优化方案的正确性和有效性,新系统在保持SEC容量为电机额定功率1/3的情况下实现了宽风速运行,充分利用了低风速下的风能。

定子双绕组感应电机风力发电系统的低电压穿越特性分析

通过发电机控制绕组侧的励磁变换器灵活调节系统所需的励磁无功功率,定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统可在宽风速范围内输出稳定的高压直流,无需增加升压变换器即可并网运行,并且系统的控制策略有助于提高系统对电压跌落等故障的穿越能力。文中通过构建并网型DWIG风力发电系统的Simulink仿真模型,对系统运行在各种功率因数状态下的跌落特性及跌落期间对电网的无功功率支持进行全面仿真。结果证明,无需增加额外的卸载单元,DWIG风力发电系统即可实现较强的低电压穿越能力,在不同功率因数下均能稳定安全运行,且能在电压跌落故障期间提供一定的无功功率支持。

带整流桥负载的定子双绕组感应发电机系统宽转速运行时的稳态特性

针对带整流桥负载的定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator,DWIG)系统在宽转速范围内运行时的稳态运行特性进行了研究。建立了带电容滤波的整流桥负载的DWIG系统数学模型,指出整流桥负载是具有容性的非线性负载,提出了采用数学仿真的方法进行励磁电容的选取以降低变换器容量。采用控制绕组端电压定向的控制策略,对一台18kW、270V带整流桥负载的DWIG系统在变速时稳态规律进行了仿真和实验研究,结果表明发电机系统能够在4000-8000r/min宽转速范围内稳定运行,控制绕组最大功率为功率绕组额定输出功率的37%,控制绕组电流的最大有效值为功率绕组电流额定值的21%,与输出功率比较,实现了大幅度降低控制侧变换器容量的目的。

定子双绕组异步发电机漏电抗计算的研究

漏电抗的准确计算是电机设计中十分关键的问题。基于静止励磁调节器的双绕组异步发电机定子绕组漏抗计算比传统的三相电机更复杂。首先给出了定子双绕组异步电机通用数学模型及等效电路,采用解析法对不同绕组结构的定子双绕组异步电机漏电抗计算进行了系统地分析,导出了相应的计算公式。最后,利用所得计算公式设计了一种静止励磁调节器控制的定子双绕组异步发电机,并对其定子漏电抗参数、性能指标及运行特性进行了计算。

基于直接功率控制的定子双绕组感应发电机系统电压调节技术

分析了定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator,DWIG)系统电压控制机理,并由此揭示了控制绕组瞬时功率对系统电压的影响,在此基础上提出了DWIG发电系统的直接功率控制策略,即根据控制绕组端电压所在的扇区和功率滞环比较器的输出,选取优化开关表中合适的电压矢量,以对控制侧瞬时功率实施直接控制。该控制结构由控制绕组指令功率生成、控制绕组瞬时功率计算、功率滞环及优化开关表等模块组成,该文对其进行了详细分析。在一台18kW原理样机系统上的试验结果证明了该控制策略的有效性。

基于空间电压矢量调制的定子双绕组感应发电机系统电压控制技术

将空间电压矢量调制(space vector modulation,SVM)策略应用于定子双绕组感应发电机(dualstator-winding induction generator,DWIG)系统,不仅提高了直流母线利用率、降低了控制绕组侧静止励磁控制器(static excitation controller,SEC)的直流母线电压,而且有效降低了控制绕组电流谐波。该文在分析SEC数学模型的基础上,提出基于SVM的DWIG发电系统电压解耦控制策略,并对DWIG系统建压、突加突卸负载进行了仿真和实验研究,结果证明该控制策略具有良好的动静态性能。该文进一步拓展了SVM控制下的发电机转速运行范围,并用节点导纳法对该变速运行过程中的电压和电流关系进行了定量分析,实验结果验证了该方法的正确性。

基于定子双绕组异步发电机的交直流混合发电系统

提出了一种基于定子双绕组异步发电机(DSWIG)的交直流混合发电系统。该发电系统能同时输出稳定的变速、变频交流电和高压直流电。系统采取标量型瞬时转差频率控制策略。实验采用一台18k W的双绕组发电机验证了该发电方案的可行性。实验结果显示,该交直流混合发电系统能够在1∶3的宽转速范围内稳定恒功率运行,且具有优秀的动、静态品质。例如,交流输出电压在突加、突卸100%额定负载时,恢复时间小于10ms,大大低于美军标70ms的规定。初步研究成果表明,基于定子双绕组异步发电机的交直流混合发电系统能够为机载、车载等独立电源场合提供有竞争力的解决方案。

间接磁场定向控制的定子双绕组感应电机风力发电系统

针对低转速下运行的定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统,提出了一种简单易实现的控制绕组间接磁场定向控制策略。该定向方法忽略控制绕组的阻抗压降,以与控制绕组电压矢量正交的方向作为矢量控制的定向基准,使系统的电压调节控制得到了简化。省去了直接磁场定向控制的复杂积分运算,仅需控制绕组电压采样及简单的2/3坐标变换。采用滞环电流控制策略调节系统的输出电压,在一台750 r/min、20 kWDWIG样机上进行了仿真和实验研究,证明了理论分析和该定向方法的正确性和有效性。

宽风速运行的定子双绕组感应电机风力发电系统拓扑及控制策略

介绍了一种适用于宽风速范围运行的新型定子双绕组感应发电机风力发电系统,其拓扑特点是将控制侧励磁变换器的直流母线经二极管与功率侧直流母线相连。在低风速区,利用电压泵升原理将励磁变换器的直流母线电压泵升至指令值,电能由控制侧直流母线端输出,拓宽了系统在低风速下的风能利用能力;在高风速区,功率绕组侧输出电压可上升至指令值,并联二极管断开,电能由功率侧整流桥的直流母线输出,控制侧变换器调节系统励磁无功保持输出电压恒定。该发电系统拓扑及控制方法实现了系统在宽风速范围内均能输出恒定的高压直流,可简化后级并网逆变器的结构和控制。在一台额定37 kW/DC 600V的样机上进行了实验研究,结果表明该风力发电系统的可行性和控制策略的有效性。

带感性和容性负载的定子双绕组异步电机变频交流发电系统动态性能

为提高定子双绕组异步电机变频交流发电系统带感性和容性负载时的动态性能,对该发电系统现有的转差频率控制策略进行了改进,加入了负载无功前馈环节。根据瞬时功率理论,算得负载的有功和无功,分别通过比例前馈环来快速控制控制绕组侧功率变换器输出电压的频率和幅值,加快控制绕组提供的无功的调节,进而加快改变发电机的转差频率和气隙磁通,实现该发电系统的功率平衡和输出电压的稳定。实验结果证明了该方法的正确性和有效性。

定子双绕组风力感应发电机优化设计方法

结合定子双绕组感应发电机(DWIG)在风力发电场合的运行特点,建立了风力DWIG的优化设计模型,提出了相应的优化目标、优化变量及约束条件。针对粒子群优化算法早熟收敛的问题,提出了一种具有向成功和失败双重学习能力的遗传-粒子群综合算法(GPSMA)。在此基础上,分别以转速范围内的控制绕组电流及额定效率为优化目标,利用GPSMA对一台18.5 k W的DWIG进行了优化设计,并对2套优化方案进行了分析。结果表明,优化之后的样机的控制绕组电流最大值下降了62.7%或额定效率提高了0.94%,说明GPSMA有助于DWIG优化设计。

定子双绕组异步电机变频交流发电系统辅助励磁电容和滤波电感的优化设计

提出了定子双绕组异步电机(DWIG)变频交流发电系统中的两个关键参数——辅助励磁电容和滤波电感的优化设计方法。利用DWIG控制绕组无功电流解析表达式对不同转速和负载条件下的控制绕组无功电流进行了分析,获得了它的变化规律,进而确立了辅助励磁电容的优化原则。待辅助励磁电容优化后,根据控制绕组最大无功电流及电流快速响应要求来确定滤波电感的上限;按照抑制电流谐波能力要求来确定滤波电感的下限。样机实验结果表明,按所提优化设计方法选取的辅助励磁电容和滤波电感是合理、有效的,能保证系统稳定运行,且实现了控制变换器容量的最小化。

宽转速运行的定子双绕组异步电机风力发电系统低速轻载运行时的效率优化控制策略

为有效利用低风速区风能,拓宽风能利用范围,对宽转速运行的定子双绕组异步电机(DWIG)风力发电系统低速轻载运行时的效率优化问题进行了研究。简述了该发电系统的拓扑结构和低速运行时的电压控制原理,分析了DWIG低速运行时效率优化控制的基本原理及特殊性,推导了考虑铁损的DWIG数学模型,建立了DWIG损耗模型,获得了最优磁链求解方程,进而提出了一种基于DWIG损耗模型的效率优化控制策略,并给出了具体实现方法。样机实验结果表明,该效率优化控制策略是正确、有效的,它不仅能使系统保持低速运行输出额定电压的优势,而且还能明显提高系统低速轻载运行的效率,从而实现了低风速区风能的有效利用。

定子双绕组感应发电机系统建模与实现

针对电力电子变换器控制的新型定子双绕组感应发电机(DWIG),从有功和无功电流的角度分析了系统的工作原理。根据旋转d-q坐标系下简化的数学模型,建立了系统的传递函数,进而设计了PI调节器的参数,通过设计的参数,大大缩短了仿真与实验的调试时间。在Matlab/Simulink下的仿真结果和实验结果,验证了模型的正确性和PI参数设计的合理性。

不同控制策略下定子双绕组感应发电机稳压效果与运行特性分析

针对基于两状态优化开关表的直接功率控制策略的不足,提出了基于三状态优化开关表的直接功率控制策略(IDPCS)。在此基础上,在定子双绕组感应发电机(DWIG)轻载建压、转速变化及负载突变工况下,针对IDPCS与滞环电流控制策略(HCCS)的动态和静态稳压控制效果进行了对比分析,进而对DWIG在上述2种控制策略下的空载调节特性、负载调节特性及效率特性进行了比较。结果表明,无论采用何种控制策略,DWIG均能实现建压,在转速变化、负载突变等工况下均能实现恒压输出,且DWIG运行特性的变化规律一致;HCCS的动态与静态稳压控制效果均优于IDPCS,且随转速升高两者的稳压控制效果均逐渐改善;与HCCS相比,采用IDPCS可使DWIG效率更高,尤其在高速情况下。

定子双绕组感应电机风力发电系统的低电压穿越特性解析

主要从构建并网风力发电系统的角度进行了模拟和仿真介绍,并对定子双绕组感应电机风力发电系统的低电压穿越特性进行了解析。