无刷双馈式感应发电机低电压穿越能力分析

通过分析电网电压跌落时无刷双馈式感应发电机的动态模型以及磁通量、反电动势和电流的变化;提出采用crowbar电路和串联动态电阻的组合电路提高发电机低电压穿越能力的方法,并计算其中的电阻值;利用Matlab/Simulink仿真软件建立基于无刷双馈式感应发电机的风力发电系统仿真模型,对比加了保护和不加任何保护装置的风电系统仿真结果的各参数。仿真结果表明,提出的方法能有效保护风力发电机组,提高风力发电机组低电压穿越能力。

基于定子电流法的绕线转子无刷双馈发电机偏心故障研究

绕线转子无刷双馈电机在船舶轴带发电以及风力发电等领域中具有良好的应用前景。转子偏心是一种常见的机械故障,威胁着现代化工业体系的稳定运转,因此实现其状态检测和故障诊断非常关键。由于无刷双馈电机具有特殊的定、转子绕组结构以及复杂的气隙磁场,因此传统的故障检测方法无法直接用于该类电机。该文通过定子电流法提取了功率绕组电流的特征频率分量作为故障指标,实现对静偏心、动偏心以及混合偏心的无创诊断。建立故障电机的时步有限元模型,并通过详细的故障机理分析,得出不同类型的偏心故障可能导致的特征频率信号。最后,以一台2/4对极无刷双馈电机为例,并通过有限元仿真、样机试验验证解析法的结论,为绕线转子无刷双馈电机偏心故障的精准检测提供了理论依据。

基于Kriging代理模型的无刷双馈发电机转子优化设计

无刷双馈发电机由于其自身没有电刷、滑环等结构特点,因此被认为是最有希望成为风力发电系统的主流发电机之一。无刷双馈发电机是依靠转子的磁场调制机理实现机电能量转换,其转子的耦合能力是影响电机性能的重要因素。因此本文提出了一种串联笼条辅助磁障转子的新型转子结构,分析了该种转子不同结构参数对电机性能的影响,并提出一种基于Kriging代理模型的多目标差分进化算法的无刷双馈发电机转子优化设计方法。首先建立该种新型转子的参数化模型,通过Kriging代理模型建立优化变量与优化目标之间的响应关系,再利用多目标差分进化算法找到最优的变量组合,最后通过有限元仿真对电机的性能进行分析。

双定子无刷双馈风力发电机无速度传感器反步法直接功率控制

针对双定子无刷双馈发电机,将内外功率绕组及内外控制绕组分别同相串联以保证电磁一致性。基于Lyapunov和Popov稳定性理论,采用反步法和模型参考自适应系统设计一种无速度传感器的反步法直接功率控制策略,利用空间矢量脉宽调制(SVPMW)以固定开关频率驱动控制绕组机侧变流器IGBT,以减小功率绕组功率波动及电流总谐波畸变率。通过12/8极50 kW样机控制系统的特性仿真研究,结果表明:所提控制策略在亚同步~超同步的速度变化范围内,可实现变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率及单位功率因数控制,电流总谐波畸变率约为2%。

不平衡电压下双笼转子无刷双馈发电机的多目标控制

该文以双笼转子无刷双馈感应发电机为主要研究对象。为了解决不平衡电网电压带来的功率绕组(power winding,PW)定子绕组功率脉动和电流不平衡的问题,设计了简化矢量控制策略,对PW侧谐波功率和负序电流进行抑制。此外,通过建立控制绕组(control winding,CW)电流统一表达式,对各个控制目标之间的关系进行了数学推导和理论分析。在此基础上,建立了PW电流不平衡度约束条件下,针对PW有功功率脉动幅值和无功功率脉动幅值的多目标控制数学模型。并采用粒子群算法进行求解,对CW统一电流表达式中的系数进行优化,计算CW参考电流值从而实现多目标控制。最后在双笼转子无刷双馈感应发电机实验平台上,对所提出的控制策略的有效性和理论推导的正确性进行了验证。

新型双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制

新型双定子无刷双馈发电机包括内外功率绕组和内外控制绕组,二者分别通过中间带隔磁环的背靠背笼障转子进行磁场耦合。针对该新型双定子无刷双馈风力发电机提出一种直接功率控制方法,内外功率绕组及内外控制绕组分别串联以保持各自同相绕组的电磁一致性,将功率绕组有功和无功功率滞环比较器输出值及控制绕组磁链扇区号综合,采用查找表得到控制绕组机侧变流器所需输出的电压空间矢量。通过定量对比研究12/8极50 kW样机控制系统阶跃信号作用下的特性仿真与实验结果,验证了所提双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制在亚同步~超同步速度变化范围内变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率与单位功率因数控制等方面的正确性、可行性和有效性。

开绕组无刷双馈风力发电机直接功率控制容错策略

针对无刷双馈发电机提出了一种控制绕组采用开绕组拓扑(OW-BDFG)的馈电方案,将三相控制绕组两端打开分别连接变流器构成双两电平变流器(D-TLCs)馈电拓扑,对机侧变流器功率器件IGBT因故障切除后的容错控制策略进行深入分析,提出了功率偏差比较直接功率控制(PEC-DPC)的D-TLCs电压空间矢量优化方案。对比分析了8/4极25kW样机的仿真及实验结果,表明:当机侧变流器1个或2个IGBT被切除后,所提OW-BDFG的PEC-DPC仍可实现变速恒频、最大功率点跟踪及单位功率因数控制,进一步提高了该发电机系统的可靠性和鲁棒性。

船舶轴带无刷双馈发电机关键技术研究

针对额定功率为5kW的小型内河船舶轴带无刷双馈发电机系统,基于有限元分析法,建立船舶轴带无刷双馈电机数学模型;针对定子绕组选用3Y/△联结绕组设计,可灵活调整每相支路槽号,显著降低三相绕组不对称对电磁性能的不利影响;设计了一款深槽加导条式凸极转子,并对深槽的深度和宽度进行优化设计,结合有限元分析,探讨了无导条和加导条对该凸极转子磁场调制性能的影响;模拟船舶主柴油机驱动轴带无刷双馈发电机运行工况,进行了样机对拖试验,验证了设计方法的可行性。

绕线转子无刷双馈发电机的计算机辅助设计系统

本文为了准确且快速分析计算无刷双馈发电机的稳态性能,基于传统三相电机的电磁设计程序和无刷双馈电机的等效电路,开发了采用C语言软件的绕线式无刷双馈电机计算机辅助设计系统。此系统可以计算在不同转速和控制电压下的电机性能。通过对实验数据和计算结果进行对比,证明了此设计系统计算结果的准确性,为绕线转子无刷双馈电机的计算机设计提供了高效便利方法。

无刷双馈风力发电机的发展及挑战

随着全球能源需求的持续增长,风力发电作为一种清洁、可再生的能源方式,逐渐成为人们关注的焦点。无刷双馈感应电机(BDFM)现代多兆瓦风力发电机常用的电机类型。本文讨论了级联感应电机向现代BDFM的演变,并对其工作原理进行介绍。同时本文概述了BDFM建模、设计和控制领域的最新发展。在此基础上,对BDFM发展现状以及所面临的研究难题进行分析,总结了BDFM的发展中所面临的挑战。本文研究结果可以为研究BDFM提供参考。

基于EMPC的无刷双馈发电机直接功率控制

针对无刷双馈发电机模型复杂、耦合性强的问题,提出一种基于扩张状态观测器显式模型预测的直接功率控制策略。通过研究定子控制绕组侧电压与功率绕组侧有功功率和无功功率的关系,推导基于d-q旋转坐标系的直接功率控制状态方程,对功率实现解耦控制。针对模型预测控制在线计算的局限性和系统中存在的扰动因素,提出一种基于扩张状态观测器的显式模型预测控制。该控制策略通过扩张状态观测器对扰动项进行补偿,结合显式模型预测控制将模型预测控制中的优化问题移到“线下解决”,该控制策略提高了在线计算速度和精度,同时扩大了模型预测控制的应用范围。详细介绍了该控制策略的设计原理,并对30 kW低功率无刷双馈风力发电机的控制策略进行了仿真验证。结果表明,该控制方案性能良好,能够提高无刷双馈电机的抗扰动能力,特别是提高了转速和功率变化时的稳定性和鲁棒性。

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。

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。

双馈感应式风力发电机的电压跌落响应分析

现代风力发电的发展,对风电生产提出了新的需求,即在电网电压跌落处于一定范围内时风力发电机装置必须保持和电网相连。研究了在电网电压跌落发生期间和故障清除后,双馈感应式风力发电机(DFIG)的转速,直流侧电压,有功,无功等量的动态响应,并分析了响应产生的机理。利用matlab/simulink建立了DFIG的仿真模型,并介绍了相应的控制方法,而DFIG模型在电网电压跌落下的仿真结果则很好地验证了分析所得结论的正确性。

级联式无刷双馈变速恒频发电机控制策略的仿真研究

通过对级联式无刷双馈发电机(CBDFG)转子机械速dq坐标系下的数学模型进行建模和仿真,验证了其具备良好的变速恒频发电性能,为进一步研究CBDFG的变速恒频控制策略引入磁链矢量定向控制(FOC)方法。首先建立了CBDFG定子同步速MT坐标系下的数学模型,并由此推导出一套基于磁链定向控制思想的CBDFG控制策略,利用Matlab/Simulink工具和S函数编写构建系统仿真模型,并进行了空载运行、负载运行和空载并网仿真研究,仿真结果验证了该控制策略的正确性。

EEMD-HHT方法在双馈式感应发电机定子匝间短路故障分析中的应用研究

定子绕组匝间短路故障是双馈式感应电机常见故障之一。采用多回路理论构建数学模型,通过MATLAB进行不同故障、不同条件下的仿真。用HHT方法分析故障电流虽然能够得到相应现象,但传统HHT中的EMD分解方法存在一定不足,分解结果不能区分匝间短路故障和一些非故障情况,而引入EEMD分解方法来替换EMD分解,则很好地克服了这一缺点,排除了电压不平衡、变转子转速等其他因素对匝间短路故障诊断过程中的干扰。EEMD-HHT方法可以为定子匝间短路故障检测提供更加可靠的保障。

双馈式感应发电机转子匝间短路故障的负序分量分析

双馈式感应发电机被广泛地应用于风力发电中。风电场恶劣的工作环境也使双馈式感应电机故障频发。其中,定转子绕组故障占了很大的比例,所以对双馈感应发电机进行在线监测及故障诊断显得尤为必要。本文基于有限元方法对双馈感应发电机的转子绕组匝间短路所产生的负序电流进行了分析,得到了不同故障程度下特征的发展趋势以及相同故障不同转速下的特征表现。

级联式无刷双馈发电机的仿真研究

介绍了级联式无刷双馈发电机的结构和发电原理,根据异步电机的电压方程和坐标变换理论,推导出无刷双馈电机的转子机械速dq坐标系下的数学模型,并进行了Matlab建模和仿真。仿真结果验证了该数学模型的正确性,并为级联式无刷双馈变速恒频发电系统的进一步研究提供了理论基础。

双定子无刷双馈风力发电机结构对比分析与实验研究

无刷双馈发电机受转子结构影响,磁场调制能力有限,会导致效率和功率密度比较低。为改善电机性能,提出一种新型笼障转子双定子无刷双馈风力发电机,给出了2种不同拓扑结构设计思路和装配方案,设计了该电机的两种不同机械结构和装配方式,对结构中“动轴+转子前支架”和“静轴+机壳后端盖”建立了精确的物理模型,采用有限元方法对额定负载下的应力和形变进行仿真研究和对比分析。研制了额定功率和额定转速分别为50 kW和360 r/min不同结构的2台样机,分别进行空载和负载实验。研究结果表明:“静轴双端支撑”和“动轴+转子前支架一体化设计”的设计思想可以推广至其他双定子电机。