直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略

以永磁体励磁多极直驱式同步风力发电机组(directly driven wind turbine with permanent magnet synchronous generators,D-PMSG)为对象,建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的D-PMSG数学模型,提出了风力机桨距角和发电机转速的控制策略:桨距角的控制策略中以风速和发电机功率为输入信号,采用比例–积分控制很好地反映了不同风速对桨距角控制的不同要求;发电机转速控制策略中采用dq同步旋转坐标下的矢量控制方法,用d轴电流控制无功功率,用q轴电流控制转速,既实现了机组的解耦控制,又充分利用了发电机容量。运用Matlab/Simulink建立了D-PMSG仿真模型,对风速阶跃变化时机组运行情况进行了仿真,结果验证了该模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。

直驱式永磁同步风力发电机组低电压穿越研究

本文对直驱式永磁同步风力发电机组的低电压穿越方案进行了研究,综述了国内外主要的LVRT方案,列举了改进的控制策略,并对常用的Crowbar保护方案进行了分类总结,讨论了各自的优缺点。分析表明,电网故障时可以采用多种方法结合的方式平稳实现LVRT。

永磁同步风力发电机组建模和控制策略研究

永磁同步发电机维护少、效率高、单机容量大,在风力发电系统中已得到广泛使用。分析永磁风力发电系统相关数学理论知识,在PSIM9.0环境下设计额定功率为3 kW的永磁风力发电系统模型,当风速信号发生阶跃变化时,观察机侧输出功率信号和并网侧直流电压信号变化情况,分析并调试系统仿真结果。最终结果显示,在不同风速情况下,风力发电系统各输出信号稳定,波形良好,与理论计算相符。为永磁风力发电系统进一步试验和研究提供了良好的基础和新的平台。

基于神经网络的半直驱永磁同步风力发电机组有功功率控制

针对半直驱风力发电机组,提出了一种基于神经网络的有功功率控制方法,分别对变桨控制器和转速控制器进行设计,实现机组在额定功率控制模式和非额定功率的恒功率控制模式的有功功率控制。着重研究了转速控制算法,采用线性反馈化方法对系统模型进行处理,然后根据动态面控制算法设计转速控制器,并利用RBF神经网络逼近特性避免由于对具有非线性特性风力发电机组线性化而导致的模型不确定性问题。最后基于MATLAB/Simulink平台,将该功率控制方法应用于2 MW半直驱永磁同步风力发电机组,验证了所提方法的有效性。

直驱永磁同步风力发电机组仿真系统

为了促进我国在风力发电系统的理论研究和应用的快速发展,根据国内外研究成果,本文研究并搭建了直驱式永磁同步风力发电机组模型。通过将仿真模型模块化实现模块算法,实现了风力发电仿真软件的编写,最后利用该仿真软件平台验证该直驱式风力发电机组模型的正确性。仿真结果显示了该仿真软件的实用性,以及模型的正确性。

铁损对直驱式永磁同步风力发电机组特性的影响

为精确模拟实际运行的风电机组,针对传统直驱式永磁同步风力发电机组(direct-drive permanent magnet synchronous generator, D-PMSG)在建模时没有考虑发电机定子铁损的问题,结合风电机组独有的特性,基于d-q等效电路模型导出了考虑铁损的永磁电机数学模型.在Matlab/Simulink环境中构建了考虑铁损的D-PMSG仿真模型,研究铁损对D-PMSG机械及电气性能的影响.仿真结果验证了所建模型的正确性及考虑铁损的必要性.

超级电容储能和卸荷电路协调控制的永磁同步风电机组低电压穿越策略

针对永磁同步风力发电机组的低电压穿越问题,结合超级电容储能与卸荷电路的优点,提出了一种超级电容储能和卸荷电路协调控制的低电压穿越策略。当低电压故障发生时,在机组变流器的直流侧同时投入卸荷电阻和超级电容储能系统共同吸收故障期间的不平衡功率。在故障清除后,超级电容储能系统根据网侧变流器的运行状态将故障期间吸收的能量回馈电网。仿真结果表明,所提协调控制策略能在保证机组可靠实现故障穿越的同时,降低超级电容的设计容量和成本,并提高风能的利用率。

直驱式永磁同步风电机组机侧PWM控制

在介绍永磁同步发电机(PMSG)d,q轴数学模型和矢量控制理论基础上,提出在直驱式永磁同步风电系统机侧采用PWM控制方式,通过转子磁场定向控制策略,实现有功无功功率解耦控制,减小了损耗,并且较好地控制了转速。利用Matlab/Simulink进行仿真,并给出了仿真结果。同时搭建了基于TMS320F2808控制器的试验平台,对该控制策略进行了实验,实验结果验证了该控制系统的正确性与可行性。

直驱永磁同步风电机组的建模与仿真分析

根据风力机运行特性及最大风能跟踪原理,基于PSCAD/EMTDC设计了一套由永磁式同步电机与AC-DC-AC脉宽调制(PWM)变流器组成的风电机组软件仿真平台。文中建立了机组各部分模型,并介绍了具体功能的实现。整流侧控制定子q轴电流调节电磁转矩,实现最大风能跟踪;逆变侧实现了对有功、无功的独立控制。通过仿真风电机组在电网低压及不平衡故障下的工作特性,给出了电网异常状况下机组持续运行能力对变流器装置的要求。仿真结果表明,该风电机组不但可以优化风能吸收特性,而且具有良好的低电压穿越特性,在电网不平衡故障下可保持运行,并在故障消除后迅速返回正常工作状态。

电网不对称故障下永磁同步风电机组低电压过渡的研究

电网导则要求并网风电机组在电网电压一定的跌落范围内不脱网运行。为了满足这一要求,建立了永磁同步发电机组网侧变流器的数学模型,分析了电网不对称故障时风电机组直流侧电压的波动机理,采用瞬时对称分量法求得网侧三相电压的正序和负序分量,在解耦控制中分别控制正序和负序分量。仿真结果表明,改进后的控制策略保持了逆变器三相电流对称,消除了直流侧二倍工频纹波,实现了电网不对称故障下风电机组的低电压过渡。

直驱式永磁风力发电机机侧PWM整流器的建模与仿真

采用等效电路的方法,建立了包括风力机、发电机侧PWM整流器在内的直驱式永磁风力发电机的机侧数学模型,应用坐标变换将三相静止坐标系上的数学模型转化成了d-q旋转坐标系上的数学模型。采用电流内环和电压外环的双闭环控制策略,并利用Matlab/Simulink软件平台搭建了系统的仿真模型并进行仿真。仿真结果证明了机侧功率因数控制的可行性与有效性。

直驱式永磁同步风电机组最大功率跟踪控制策略的研究

直驱永磁同步发电机具有直接驱动、结构简单、效率较高等优点,因而成为目前兆瓦级风电机组的主流机型之一,且市场份额有逐步扩大的趋势。以直驱式永磁风力发电系统为主要研究对象,在直驱永磁同步风力发电机(DDPMG)的运行特性基本原理基础上,建立包括风力机、直驱式永磁同步发电机及机侧变换器在内的整个系统的数学模型。应用定子磁链定向的方法,对系统进行矢量控制策略的研究,运用Matlab/Simulink建立了直驱永磁同步发电系统仿真模型,对风速阶跃变化时机组运行情况进行了仿真,结果验证了所建模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。

基于二自由度的直驱永磁同步风电机组机侧PWM控制

本文针对直驱永磁同步风力发电机(D-PMSG)机侧控制系统对性能指标跟踪性和抗扰性都有较高要求的特点,在介绍直驱永磁发电机d,q轴数学模型和矢量控制基础上,提出采用目标值滤波器型二自由度PID控制器来实现跟踪性能和抗扰性能的双优控制,仿真实验证明了这种方法的可行性。

提高年循环效率的永磁同步发电机-齿轮传动系统机电协同设计

为实现永磁同步风力发电机组轻量化、高年循环效率的设计目标,提出了一种永磁同步发电机-齿轮传动系统机电协同参数优化设计方法。首先建立风轮计算模型,以风电场实测的年风速工况作为风力发电机组的运行工况。接着建立齿轮传动系统的损耗模型,并基于有限元建立永磁同步发电机饱和磁链模型、转矩模型和损耗模型。在此基础上,为最大限度地发挥各参数下发电机组的效率潜力,采用非线性效率最优电流分配策略对发电机的控制电流进行优化。最后在发电机电磁约束、齿轮几何和强度约束、连续传动约束条件下,以发电机和齿轮的参数作为优化变量,以永磁同步发电机-齿轮传动系统的总质量和年循环风速工况下的总损耗作为目标函数,利用NSGA-Ⅱ算法对目标函数进行优化。该过程优化中嵌套优化,整个过程通过脚本自动化运行,最大程度地降低了系统的损耗和质量,减少了时间成本。基于上述方法对8 MW永磁同步发电机-齿轮传动系统进行优化,优化后系统总质量降低了40.2%,系统年循环损耗减少了461 562.53 kW·h,表明该方法有效地降低了系统的质量且提高了年循环效率。

10 MW中压六相直驱永磁风电机组最大功率跟踪策略研究

为了提高大功率海上风力发电机组并网的安全性及稳定性,在采用中压六相永磁同步发电机搭配分布式中点箝位变流器构成10 MW风力发电系统的基础上,提出一种适用于中压六相永磁发电机组的最大功率跟踪策略。根据风电机组转速反馈值计算电机转矩最优参考值,并通过前馈解耦的方法设计永磁发电机定子的双d-q电流控制环,从而由转矩与双dq电流环的闭环组合完成六相永磁发电机组的最大功率输出控制;同时,为了平抑中点箝位型变流器直流侧中点电位波动,提出一种调制系数与矢量组选择协调调控的中点电位平衡方法,通过调节调制系数大小来平抑中点电位波动,在调制系数越限情况下,利用协调矢量组选择方式控制中点电位平衡;最后,在MATLAB中建立10 MW永磁风力发电系统模型,验证了所提控制策略的有效性。

不对称故障下直驱永磁风电机组运行控制方式综述

首先根据电网不对称故障特征,总结分析了直驱永磁同步风力发电机组在电网不对称故障下运行面临的问题及产生的原因。在此基础上,就抑制背靠背双PWM变流器直流母线电压波动、升高、保持并网电流平衡3方面总结归纳了针对解决不对称故障时风电机组运行问题的主要措施,为进一步保证直驱风机在不对称故障时的安全运行能力,在现有措施的基础上提出了一些设想。

飞轮储能对永磁直驱风电机组并网有功功率的平滑控制策略研究

针对风速随机性引起的机组并网有功功率波动问题,提出在采用最大风能捕获策略的永磁直驱风电机组交-直-交变流器的直流侧接入飞轮储能系统,利用飞轮系统的能量缓存作用,以实现永磁直驱风电机组的输出有功功率平滑控制。设计了飞轮储能系统的能量控制策略,并对采用了飞轮储能系统的永磁直驱风电机组的运行特性进行了仿真研究,经仿真验证:采用所提出的飞轮储能系统能量控制策略能够有效平滑风电机组输出有功功率,提高了风电机组的输出电能质量。

基于最佳功率给定的永磁直驱同步风力发电系统控制策略研究

直驱型风力发电系统由于不需要增速箱,在风电场中得到广泛的发展和应用。该文研究了发电机和风机的特性分析,提出了基于最佳功率给定的最大风能控制策略,该方法通过对发电机进行闭环控制,使输出功率按照最优功率曲线进行输出,实现最大风能跟踪。并研究了永磁直驱风电系统的双PWM变流器控制策略;搭建了直驱型风电机组整体模型,该系统能够实现并风能最大功率跟踪及并网控制,仿真验证了控制系统的正确性。

直驱永磁风力发电系统低电压穿越改进控制策略研究

采用改进的瞬时对称分量法对电网电压瞬时值进行对称分量分解,提出了电网电压不对称跌落时D-PMSG的低电压穿越控制策略。按照电网电压正序分量和额定电压的比值减小发电机功率,并在解耦控制中分别控制正序和负序分量,正序通道完成能量的传输,负序通道产生和电网负序电压相等的负序电压,从而保证网侧逆变器电流中无负序分量,避免了逆变器非全相过负荷,充分利用其容量。仿真结果研究表明,提出的改进控制策略实现了不对称故障下的低电压穿越,并且保持了逆变器三相电流对称。

永磁直驱同步风电系统并网运行仿真

针对永磁直驱同步风电机组(D-PMSG)并网问题,构建了经背靠背双PWM全功率变流器并网的D-PMSG仿真模型,包括电网电压正常情况下的稳态并网模型和电网电压跌落情况下的并网模型。在系统稳态并网时,运行于最优功率模式,控制逆变器运行于单位功率因数,使风电场有功出力最大;在电网电压跌落时,系统运行于无功补偿模式,为电网提供无功支持,提高系统低电压穿越能力。仿真结果表明所建立的D-PMSG模型不但可以实现最优功率并网而且具有良好的低电压穿越能力。