风力发电机组直驱永磁同步电机高风速下宽转速运行控制策略研究

大力发展海上风力发电、构建以可再生能源为主体的电力系统是实现“双碳”的途径之一。而随着风电接入电网的容量不断增加,电力系统在频率稳定方面面临更多挑战。本文基于变速运行特性,分析了直驱永磁同步电机在高风速下风力发电机组的转速范围。风力发电机组的可变转速可形成虚拟飞轮储能装置,从而释放能量与吸收能量,故可使用该虚拟飞轮储能系统作为电力系统短期调频用。本文推导了风力发电机组机侧变换器与网侧变换器的控制策略,并给出了有功功率参考值给定方法。同时,分析了变桨距角控制策略。为验证控制策略,搭建了仿真模型。仿真结果表明在随机高风速工况下,风力发电机组可输出平滑的功率,具有短期调频能力。

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。

宽转速范围永磁同步发电机系统稳压控制及参数优化

永磁同步发电机(PMSG)系统一般由PMSG和变流器构成。针对直流负载,该文研究了具有宽转速范围(nmin:nmax=1:10)的永磁同步发电机的PWM整流控制方法。通过建立PMSG的小信号分析模型和脉冲宽度调制(PWM)整流器的传递函数,分析了控制参数对系统性能的影响,获得了PMSG系统控制参数的优化方法。通过仿真和实验验证了系统模型与分析方法的正确性,研究结果表明,采用优化得到的控制参数,在200~2 000r/min宽转速范围内,PMSG系统具有良好的电压跟随性能和抗负载扰动性能,实现了高性能稳压输出。

变速运行的定子双绕组感应电机发电系统控制技术研究

针对宽转速运行的定子双绕组感应电机(dual stator winding induction generator,DWIG)发电系统的电压控制机理进行研究。基于瞬时功率理论,推导出按控制绕组磁场定向时控制绕组的瞬时功率,在此基础上分析了带整流桥负载的定子双绕组感应电机发电系统在宽转速运行时的电压调节机理,即:控制绕组电流在控制绕组磁场及其法线上的分量,分别决定着发电系统功率绕组整流桥直流侧电压和控制绕组静止励磁控制器(static excitation controller,SEC)直流侧电压,据此提出宽转速运行时DWIG发电系统电压控制策略。对一台18kW定子双绕组感应电机发电系统进行了仿真和实验研究,证明了理论分析和控制策略的有效性。