双绕组感应发电机交直流集成发电系统的自抗扰控制策略

针对双绕组感应发电机交直流集成发电系统,为实现简单易调、性能优越、负载适应力强的发电控制,该文提出一种基于线性自抗扰控制器的交直流电压控制策略,通过交流电压和直流电压与控制绕组和功率绕组的传递函数模型,构建交直流电压的线性扩张状态观测器,同时对交流电压有效值、直流电压和电压扰动进行观测,并利用电压和扰动观测值设计线性误差反馈控制律,对交直流电压进行控制。最后,通过仿真和实验验证该控制策略提高电压扰动抑制能力和负载适应性,同时各模块参数可独立设计、控制器结构简单,避免需要较多传感器及降低调参难度。

适用于缓解双馈感应发电机电磁转矩脉动的新型矢量控制

针对电网电压谐波含量要求,提出一种基于矢量控制的定子电流谐波抑制拓扑结构,重点解决双馈异步发电机DFIG(doubly-fed induction generator)电磁转矩的脉动问题。所提控制器即谐波矢量控制HVC(harmonic vector control),能够抑制电流谐波。电网电压5、7、11、13次谐波分量,由于定子串联阻抗低,导致发电机电流谐波分量为同次,且相对振幅较高,因此,HVC已被测试用于此类电流谐波成分的控制,不需要谐波滤波器来估计定子电流的谐波含量。最后,经过仿真和实验分析,证明了所提控制的适用性和有效性。研究结果表明,该控制器的稳态误差接近于0,此外,HVC可作为DFIG中的谐波滤波器,并可根据应用要求选择谐波。

基于风力涡轮机和双馈感应发电机的风力发电系统仿真与分析

风力发电在绿色能源持续发展方面占有极大市场,对于风机的研究也逐渐深入。为了实现对风能发电过程的更高效监控,本文以风力涡轮机和双馈感应发电机系统过程的建模为基础,对风力发电机的基本原理作了简单阐述。利用MATLAB/Simulink建立风能发电模型,并在风速变化条件下对风力发电系统的重要参数进行仿真分析,观测电机转速与风速之间的跟踪关系,验证双馈策略在风电场模型中的有效性。

基于场路耦合的双馈感应发电机设计与分析

随着风力发电行业的迅速发展,国内风电市场竞争越来越激烈,风电设计成本压力也日趋严重。为进一步优化机组配置,降低机组成本,同时以高端产品的形象打入国际市场,对风电机组零部件设计准确度以及与机组其它部件的匹配性设计尤为关键。作为风电机组中关键部件的发电机,纯粹的经典解析计算方法已无法满足设计要求。采用解析法对电机定、转子端部电感及绕组集肤效应进行计算,结合Ansys软件进行场路耦合建模,基于所建模型,对一台6.X MW双馈感应发电机进行P-Q特性曲线仿真计算,得到电机在不同电压及无功功率下的电磁参数,通过磁负荷参数与设计推荐数据的对比,证明设计方案的合理性及可行性;仿真结果的电参数与试验数据有很好的一致性,平均仿真偏差在1%左右,证明了场路耦合模型的准确性以及方法的可用性,为双馈感应发电机的精确设计及双馈风力发电机组的控制设计提供了理论指导。

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。

并网分相感应发电机功率因数的改善

本文以单相并网分相感应发电机为研究基础,提出了在并网分相感应发电机启动过程中,通过连接电容器进行无功补偿和单相交流电压控制器实现平滑启动,从而提高功率因数和降低励磁涌流的方法。对等效电路计算和实验室测试的发电机性能进行了分析和比较。利用MATLAB/Simulink对发电机在与电力系统连接起动过程中的运行进行了仿真。测试结果表明,电容器可以提高功率因数,但会引起谐波电流的增加。采用交流电压控制器并网发电机的软起动,在直接起动的情况下,峰值励磁涌流可降低75%~80%。利用实验软件进行仿真,仿真结果与试验和理论计算结果吻合较好。研究结果为单相并网感应发电机在实际发电中的应用提供了指导。

带有静止励磁调节器的双绕组感应发电机的研究

介绍了一种新型的作为独立电源的双绕组感应发电机。这种电机在定子上设置两套三相绕组,即一套功率绕组和一套调节励磁绕组,并根据其工作原理给出了两套绕组容量比的设计原则,其中功率绕组经整流桥向直流负载供电,而励磁绕组接一PWM电压型静止励磁调节器,通过电流跟踪的方式调节其输出电流来稳定所需控制的电压。试验和仿真结果都表明该发电机系统具有快速的动态响应性能。

12/3相双绕组感应发电机的谐波不对称分析

励磁调节器所引入的谐波电流会引起12相功率绕组的不对称工作。为了研究谐波不对称的产生机理,该文在建立基于基波的12/3相双绕组感应电机dq0模型的基础上,通过对两套绕组间的谐波耦合分析,经过简化,得出了可用于谐波分析的等效电路模型。从中得到了规律性的认识,为该类电机的设计和推广起到了促进作用。试验与理论分析结果的对比说明了所建模型和分析方法的正确性。

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)功能。目前,大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力,当电网侧发生严重短路故障时,风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型,通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明,当电网侧发生三相短路故障时,风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压;桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩,避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论:采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性,确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。

双馈感应发电机三相短路电流解析计算模型

电网电压跌落在双馈感应发电机(DFIG)定、转子绕组中激发的电磁暂态过程是影响DFIG和电网安全的重要因素,因此,定量分析电压跌落后DFIG的电磁暂态过程具有重要意义。以DFIG电压完全跌落后的物理过程分析为基础,研究了DFIG在三相短路后的磁链初值平衡电路、电流频率特性以及定、转子电流中各频率成分之间的依存关系。根据磁链平衡电路,求解得到了三相短路电流的解析表达式,提出了DFIG三相短路电流的解析计算模型,统一了三相短路过程中频率成分、衰减时间常数、幅值和初相位的分析结论,并通过解析模型与DFIG经典模型的仿真对比验证了模型的有效性。

基于Crowbar保护的双馈感应发电机暂态特性与参数设计

双馈风力发电系统中,Crowbar(撬棒)仍是实现低电压穿越的常用方案之一,传统的分析方法忽略了定、转子磁链间的耦合,会带来较大的分析误差并遗漏一些暂态特性。从双馈感应发电机的数学模型出发,通过分析端口电压发生对称跌落、投入Crowbar后双馈感应发电机的暂态过程,推导出了定子磁链、定子电流、转子电流的解析表达式,并在表达式的基础上分析了各暂态量的幅值和变化规律等特性。在MATLAB/Simulink中建立了双馈感应发电机的仿真模型,结果证明了表达式的准确性。从复杂的数学表达式中抽离出Crowbar阻值与暂态特性的关系,分析了不同的Crowbar阻值对于故障期间系统的功率、电磁转矩的影响,并结合转子电流峰值计算及直流母线电压钳位效应的限制,给出了一种Crowbar电阻取值方案,该方案将有助于实际工程中选取合适的Crowbar参数。

Crowbar阻值对双馈感应发电机低电压穿越特性的影响

研究了Crowbar阻值选取对双馈感应发电机低电压穿越的影响。从功率耗损的角度对Crowbar阻值与定、转子暂态直流磁链的衰减关系进行推导分析;讨论了Crowbar阻值对低电压穿越下双馈感应发电机电磁转矩的影响;提出了通过在Crowbar回路中串联附加电感的方法抑制电压跌落瞬间电磁转矩的振荡。研究表明,过大或过小的Crowbar阻值都将削弱双馈感应发电机低电压穿越能力,Crowbar阻值的选取存在最优值,附加串联电感在一定程度上可以抑制电磁转矩暂态振荡。

适合于变速恒频双馈感应发电机的Crowbar对比分析

电网运行新规则要求变速恒频双馈感应发电机在电网电压跌落的情况下仍与电网相连接,为做到这一点需要安装低压旁路系统。综合分析了低压带来的负面影响以及低压旁路的具体实现方法;对比了多种Crowbar电路各自的优缺点;最后介绍了变速恒频双馈发电机相关保护控制策略和新型旁路系统。

12/3相双绕组感应发电机励磁系统的控制方法和动态特性的研究

12/3相双绕组感应发电机是为了实现适合于原动机高速运行特性而设计的一种特殊电机。系统在电机上增设了一个励磁绕组,使用静止励磁装置对电机进行励磁控制。该文对励磁装置的电路原理进行了分析,对控制原理进行了讨论,给出了系统动态等效模型。最后给出了仿真和试验研究结果。

不平衡电网电压下双馈感应发电机转子侧变换器的比例–谐振电流控制策略

为了研究不平衡电网电压条件下双馈感应风力发电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)系统增强运行能力的有效控制策略,提出了网侧、转子侧变换器的比例–谐振电流控制方案以及两者之间的协同控制策略。针对电网电压不平衡条件下DFIG转子侧变换器,提出了一种在两相定子静止αβ坐标系中实施的比例–谐振(proportional-resonant,P-R)电流控制方案,以实现对DFIG转子电流无需正、负相序分解的统一调节。采用正序d+轴电网电压定向简化了各种增强运行能力控制目标下的转子正、负序电流指令值算法,设计了相应的DFIG不平衡控制策略。实验研究表明,这种P-R电流控制方案能够实现转子侧变换器选定控制目标,具备优良的动态调节性能,可增强不平衡电网电压故障下DFIG风力发电机系统的不间断运行能力。

电网电压对称跌落下的双馈感应发电机PI-R控制及改进

针对双馈感应发电机组转子侧变流器,提出一种基于比例积分谐振(PI+resonant,PI-R)调节器的磁链有源衰减改进控制算法。对电网电压三相对称跌落故障下的定子磁链和转子过压暂态响应进行分析,通过改进转子电流控制加快定子暂态磁链衰减并消除磁链振荡,降低转子过压和过流。与常规PI调节器相比,PI-R能同时对基波直流指令和谐振频率处交流指令实现无静差响应,提高系统对电网电压跌落的抗扰性,保证改进算法的控制精度。该文给出了磁链有源衰减中暂态转子电流的计算方法和PI-R参数设计原则,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和改进算法的有效性。

十二/三相感应发电机的数值仿真与试验

十二/三相感应发电机用在高速发电的独立系统中具有十分明显的优势,但由于其模型十分复杂,难以用常规的解析方法进行分析,所以在电磁暂态计算软件中建立十二/三相感应发电机模型,采用数值计算的方法来计算含十二/三相感应发电机系统的动态过程是十分必要的。本文采用隐式梯形法在EMTDC软件中建立了十二/三相感应发电机的数学模型,此模型能与EMTDC软件中的现有的元件接口,对含有十二/三相感应发电机的试验系统进行了仿真计算,同时用实验室中的一台20kW的十二/三相感应发电机做了相应的试验。试验结果与仿真结果相吻合,说明了在EMTDC软件中所建立的十二/三相感应发电机模型的正确性,为含十二/三相感应发电机的独立电力系统的计算奠定了基础。

不平衡电网电压下双馈感应发电机网侧和转子侧变换器的协同控制

建立了不平衡电网电压下双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)网侧变换器的数学模型,讨论了交流输入电抗对瞬时有功功率的影响,在此基础上,提出4种可供选择的网侧变换器协同控制目标。为了验证网侧、转子侧变换器协同控制策略的有效性,提出静止αβ坐标系中比例?谐振控制器,使网侧变换器正、负序电流无需分解调节,并构建了DFIG网侧变换器的不平衡控制系统。仿真和实验研究结果表明,所提网侧、转子侧变换器协同控制策略可实现风电机组更为优化的不对称故障穿越(不间断)运行控制;所设计的网侧、转子侧变换器P-R电流控制方案不仅能够在稳态不平衡电网下提供精确的电流调节,而且在瞬态不平衡下体现优良的动态响应特性。

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。

双馈式感应发电机定子匝间短路故障稳态分析

定子绕组匝间短路故障是双馈式感应发电机常见故障之一。文中分析了发生匝间短路故障时的电磁特性变化规律,建立了双馈式感应发电机的定子绕组正常和发生匝间短路故障时的多回路数学模型,对正常情况和不同程度匝间短路故障情况进行了仿真计算。对仿真结果进行了深入研究,分别对定子侧电流和转子侧电流进行频谱分析,总结了正常情况和不同程度匝间短路故障情况下的谐波变化规律,证明了通过特定频率信号监测双馈式感应发电机运行状况和进行故障诊断的可行性。