基于三电平变流器的单边可控开绕组永磁同步发电机系统控制技术

为改善变流器单边可控下开绕组永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)的运行性能,提出了三电平中点钳位式(neutral point clamped,NPC)变流器和二极管整流桥集成供电的单边可控开绕组PMSG系统拓扑结构。通过建立开绕组PMSG数学模型,研究了基于三电平变流器的单边可控开绕组PMSG系统控制策略,并结合三电平变流器的中点电压(neutral point potential,NPP)波动机制,分析了在此结构下三电平变流器关于调制度范围和功率因数角范围的运行性能。最后,通过实验验证了所提控制策略的正确性和可行性。

开绕组永磁同步发电机的容错控制

为实现开绕组永磁同步发电机(PMSG)在变流器故障下的容错运行,本文通过分析开绕组PMSG系统变流器存在的故障类型,建立容错故障状态下开绕组PMSG的数学模型,通过研究不同故障状态下两个变流器的电压矢量分布,给出了开绕组PMSG变流器容错运行所需的电压空间矢量分配机制,进而提出每种故障状态下的开绕组PMSG控制策略。最后通过搭建的开绕组永磁电机实验平台,验证了所提出容错运行方案的可行性。

变流器单边可控下开绕组永磁同步发电机的控制技术

为改善开绕组永磁同步发电机控制系统的复杂性,本文提出一种不控整流器与可控变流器集成的新型拓扑结构及其优化控制策略。通过建立开绕组永磁同步发电机数学模型,深入分析了变流器单边可控下开绕组永磁同步发电机系统的电压空间矢量分配机制。通过分析电流矢量对不控整流器交流侧电压矢量的影响,研究了两侧直流母线电压相同情况下的系统电压空间矢量调制范围,并根据最大线性调制度的要求确定了单位功率因数控制作为所研系统的最优控制策略。最后,通过搭建开绕组永磁同步发电机实验平台,验证了所提出控制策略的正确性和可行性。

共用直流母线开绕组永磁同步发电机系统及其零序电流抑制

与传统的三相星形绕组永磁同步发电机(PMSG)PWM整流系统相比,双PWM整流器控制的开绕组PMSG系统具有容错性高,拓扑结构灵活等特点。但当双整流器共用一个直流母线时,产生了一个零序电流通路,因此在采用空间电压矢量(SVPWM)控制时算法中存在的零序电压分量就会在通路中产生零序电流。对于永磁电机而言,电机反电势中的三次谐波分量也会产生一个相应的零序电流。因此,为了最大程度地减小电机绕组内的零序电流,本文提出采用零序电流调节器,可使电机相电流波形趋近正弦,整流后得到的直流母线电压稳定且纹波小。仿真和实验结果验证了该系统的有效性。

储能/发电机级联式供电系统功率传输控制策略

随着可再生能源渗透率的不断提升,区域电网惯性逐步降低,暂态支撑能力严重不足,给电网带来了一系列安全问题。文中提出一种储能与开绕组永磁同步发电机(open-winding permanent magnet synchronous generator,OW-PMSG)级联供电的新型分布式并网发电拓扑,在保证可再生能源消纳的前提下,重新利用原有柴油机,为电网提供功率后备以及惯量支撑。通过对OW-PMSG进行建模以及系统功率流矢量分析,设计基于源网相位差闭环控制的功率传输策略,实现发电机的稳定同步运行。基于该策略,拓扑中的储能变流器可具备同步发电机特性,实现了电网惯性和暂态支撑能力的进一步提升。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

六相永磁同步发电机系统的零序电流抑制策略

针对共直流母线开绕组永磁同步发电机(OW-PMSG)系统在传统空间矢量调制策略下存在的零序电流干扰不足,通过分析共直流母线开绕组电机系统中零序电流产生原因,提出一种应用于六相OW-PMSG系统的零序电流抑制的控制策略。为有效抑制零序电流,引入比例谐振控制器控制变流器产生共模电压,以抵消反电动势三次谐波分量。为有效抑制由定子结构带来的5次、7次谐波,重新选择矢量,并按照计算出的比例关系分配矢量作用时间。对比分析传统最大四矢量控制策略和改进的零序电流抑制策略的仿真结果,验证了该方案的可行性。