永磁同步发电系统中转矩和磁链精确线性化解耦控制

为了实现直接转矩控制(direct torque control,DTC)永磁同步发电系统直流输出电压的快速而平稳控制,需要电磁转矩与定子磁链控制之间的解耦。该文首先根据定子静止坐标系中定子电流和定子磁链状态方程,推导出以电磁转矩和定子磁链幅值平方为状态变量的永磁同步发电机仿射非线性模型。然后以该非线性模型为基础,结合输入输出线性化理论推导出以电磁转矩和定子磁链幅值平方为输出变量的定子电压矢量给定数学模型。根据定子磁链幅值平方和电磁转矩跟踪控制要求,设计出线性化后系统输入控制变量形式,并据此进一步计算出定子电压参考矢量。最后利用空间电压矢量调制(space voltage vector modulation,SVVM),实现永磁同步发电机定子磁链幅值和电磁转矩控制的动态解耦。实验结果表明,采用该文提出的新型控制策略发电系统具有理想的电磁转矩和定子磁链幅值跟踪性能,转矩及电流脉动较小,直流输出电压控制迅速而平稳。

永磁同步发电系统非线性内模控制

为了进一步增强永磁同步发电系统发电运行的稳定性,要求控制策略对发电机参数变化及各种不确定干扰具有较强的鲁棒抑制能力。结合非线性反馈线性化技术和内模控制技术,提出一种新型永磁同步发电机(permanent magnetsynchronous generator,PMSG)控制策略。该控制策略以PMSG定子静止坐标系中数学模型为内模,采用一阶低通滤波器将实际电机与内模二输出之差动态系统扩张成一个新型非线性误差系统。基于该扩张系统,根据输入–输出反馈线性化理论推导出定子电压矢量给定。实验结果表明,采用所提控制策略的发电系统具有理想的电磁转矩和定子磁链幅值跟踪性能;对发电机参数变化及负载扰动具有强的鲁棒抑制能力;直流输出电压控制迅速而平稳,系统运行噪音小。

双电源复合励磁稀土永磁同步发电系统的研究

研究了一种新型双电源输出的复合励磁稀土永磁同步发电系统。该系统包括双电源发电机子系统、励磁调节子系统和保护及监控子系统。重点论述系统的运行原理及软、硬件设计,并通过实验表明,该发电系统具有稳定性好和可靠性高等特点。

基于模型预测的永磁同步发电系统控制

针对永磁同步发电系统中转速不稳定、转矩/功率脉动大的问题,采用模型预测控制策略对系统机/网侧变流器进行控制,提高系统工作稳定性与发电质量。机侧变流器采用模型预测直接转矩控制方法,网侧变流器采用模型预测直接功率控制方法,并在此基础上将机侧输出功率直接反馈给网侧母线电压控制外环,根据机侧功率变化实时改变网侧有功功率的设定值,降低母线电压与功率的脉动,实现机/网侧变流器一体化控制。仿真实验结果表明,文中研究的模型预测控制策略相比传统控制方法,机侧转速、转矩波动分别减小了60%,75%,网侧母线电压与功率脉动分别减小了70%,75%,整体响应速度提高50%。

永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪模糊分数阶控制

在“双碳”背景下,风电作为零碳电力和新能源发电的主力军,在助力社会全面绿色低碳转型方面发挥了关键性作用。在保证发电稳定的前提下实现风能的最大化利用,提升风力发电系统发电量至为重要。文中针对永磁同一步风力发电系统的最大功率跟踪(maximum power point tracking, MPPT)问题进行研究。首先建立了永磁同步风力发电系统的机理仿真模型,用两电平双PWM全功率换流器连接风力发电机与电网。然后基于以上模型,分别设计了整数阶PI控制器、分数阶PI"控制器、模糊分数阶PP控制器以实现MPPT控制。最后对以上控制策略进行了仿真研究。结果表明,无论在阶跃风速还是随机风速下,模糊分数阶PU控制器相较于其他两种均具有更出色的MPPT性能与更强的鲁棒性。

一种多模型融合的风电系统永磁同步发电机数字孪生建模方法

针对当前风电系统永磁同步发电机(PMSG)建模技术存在设备内部参数理想化和系统耦合单一化的不足,无法满足数字孪生技术对设备虚拟模型要求的问题,提出一种面向数字孪生的风电系统永磁同步发电机建模方法。首先,依据实体样机参数,构建2 MW PMSG本体及电磁模型。之后为实现系统对PMSG的控制,基于联合仿真技术利用数字孪生建模平台搭建风电系统PMSG控制电路,实现多系统耦合仿真建模;在此基础上,充分考虑电机传热散热特性等影响,对PMSG热模型进行了构建与计算,并针对温度场计算流程复杂,不具备实时性等问题,引入一种改进的粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)代理模型方法对热模型进行降阶处理并集成;最终完成了基于多模型融合的PMSG数字孪生虚拟模型建模,并采用实体风机运行数据进行验证与测试,结果表明该模型可以有效地反映PMSG真实运行特性。

基于直驱永磁风电系统的改进自适应滑模控制虚拟同步发电机策略

针对直驱永磁风力发电系统中,由逆变器间的等效输出阻抗和输电线路阻抗的差异导致传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制的多逆变器并联功率不均分和环流抑制效果较差的问题,提出一种改进自适应滑模控制的多台VSG功率均分及环流抑制控制策略。根据总负荷容量和各逆变器容量计算给定功率,并根据给定无功功率实时调整虚拟阻抗值,补偿因线路阻抗差异引起的电压降落差,在αβ坐标系下分别对2台VSG展开滑模控制设计。基于逆变器输出电压与VSG参考电压之差设计滑模面,且基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论设计由等效控制、切换控制和自适应补偿项构成的自适应滑模控制器。与传统方法相比,所提控制策略实现了功率均分且具有环流抑制能力,并提高了无功功率和VSG输出电压的分配精度。最后,在MATLAB/Simulink中验证了该控制策略的正确性和有效性。

并网型直驱式永磁同步风力发电系统暂态特性仿真分析

为了研究并网的大容量直驱式永磁风力发电系统的暂态特性,基于Matlab建立了风速、风轮机、直驱式永磁同步发电机的模型;研究了直驱式风力发电系统全功率双脉宽调制变流器的控制策略及桨距角控制系统。以含风电场的简化电网为例研究了风电场接入电网后,电网电压降落及风电场附近母线发生单相短路、三相短路接地故障时,直驱式永磁风力发电系统的暂态特性;仿真结果表明电网故障时,直驱式永磁风力发电系统可以进行无功功率控制,对电网电压的恢复有积极作用,不向短路点提供短路电流,确保风电系统连续运行,提高了电力系统的安全稳定性。

直驱永磁同步风力发电系统的降阶模型研究

研究了适用于小干扰稳定分析的直驱永磁同步风力发电系统降阶模型。建立了直驱永磁同步风力发电系统的13阶详细模型;对于通过传输线接入无穷大母线系统的单个直驱永磁同步风力发电系统,应用特征值分析方法,保留其与主导特征值相关的状态变量,消去其它状态变量,将系统状态方程阶数降为4阶;再用时域仿真法,对降阶模型与详细模型的动态特性进行了比较。结果表明,提出的降阶模型与详细模型具有较好的一致性,也具有较高的精度。

变流器开路故障下永磁同步风力发电系统运行特性分析

永磁同步风力发电系统(permanent magnet synchronous generator power system,PMSG系统)变流器开路故障时的运行特性分析,因系统的非线性性与强耦合性影响难以深入。在剖析PMSG系统电压特性的基础上,提出了一种定子电流分析方法。详细推导故障相定子电压、下管电压及直流侧对地电压在断流和续流时的数学解析式,揭示了故障时各电压的运行特征;进一步结合混合逻辑动态(mixed logic dynamic system,MLD)理论,建立PMSG系统MLD健康模型,并利用电流残差中系统耦合特性以及非线性性,体现了故障后定子电流的动态变化特性。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性,也证实了所提方法能有效解决PMSG系统非线性性和强耦合性对定子电流分析的影响。

永磁同步风力发电系统附加虚拟阻尼控制仿真及验证

永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)传动轴的扭振不仅会增加轴系的疲劳损害,严重时还会影响风电机组(wind turbine generator,WTG)的稳定性、减少机组的使用寿命。为了保证风电机组高效、稳定运行,有效抑制轴系扭振,该文详细阐述了永磁同步风电系统功率控制的基本控制策略,重点探讨与分析了控制参数与轴系阻尼对系统稳定性及轴系扭振的影响。总结出:当控制参数选择的不合适,会导致轴系扭振失稳;轴系阻尼能抑制扭振,并能够提高系统稳定裕度。基于此,该文提出一种附加虚拟阻尼的控制方法,通过在q轴电流控制环注入相应的阻尼的补偿电流,等效于引入阻尼补偿转矩、增加了轴系阻尼。所提控制策略对于抑制轴系扭振、增强机组的稳定性、增加机组的使用寿命,具有一定的现实意义与实用价值,可在轴系阻尼现实不足的情况下,可通过附加虚拟阻尼来增强轴系阻尼,进而对轴系扭振进行有效抑制。

永磁直驱式同步风力发电系统滑模自寻最优控制

针对永磁直驱式同步风力发电机系统部分负荷阶段的最大功率捕捉问题,提出了一种滑模自寻最优控制策略。在风力机和永磁同步风力发电机非线性数学模型基础上,利用滑模变结构自寻最优控制算法实现风力发电系统最大功率捕捉,同时用自适应参数改善滑模变结构控制带来的输出颤振。该方法具有无须测量环境风速和精确风力发电系统数学模型的优点。仿真证明该方法具有良好的控制效果。

直驱永磁同步风力发电系统的鲁棒H_∞控制

针对直驱永磁同步风力发电系统运行过程中存在的参数不确定性等问题,本文在反馈线性化模型的基础上,基于鲁棒H_∞控制理论,设计了永磁同步风力发电系统最大风能跟踪转速控制器,并分析了控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能,在Matlab/Simulink环境下对系统进行了仿真,并与传统PI控制进行了比较。结果表明,当参数摄动和外界扰动较大时,基于H∞控制的永磁同步风力发电系统具有良好的性能。

永磁同步风力发电系统最大功率跟踪控制策略及仿真分析

以永磁同步风力发电系统为研究对象,分析了永磁同步风力发电系统的风速、风力机、Boost电路和逆变器模型,研究了风力发电系统的最大功率跟踪控制和并网逆变器控制,在Boost升压电路中利用转速、整流直流电压和导通比三者之间的传递关系制定了最大功率跟踪控制策略,通过简易的PQ解耦幅相控制实现系统并网,提高了系统输出功率因数,恒定了直流母线电压,并基于Matlab/Simulink搭建仿真模型验证了该系统控制策略的有效性。

直驱永磁同步风力发电系统功率控制策略研究

直驱永磁同步风力发电系统解耦控制工作要在接入电力系统后,配合变流器直流侧boost电路完成跟踪,从而有效评估定值后,完成变桨距控制处理方案,最大程度上提高控制效果,进一步实现可调控制。简要介绍直驱永磁同步风力发电系统的组成部分,并对网侧变流器控制、变桨距控制等具体内容展开讨论。

考虑塔影与风切变的永磁同步风电系统最大风能跟踪控制策略

为了保证风电机组高效稳定运行,通过在转矩控制环节中引入模糊变增益的转速补偿转矩,有效地减轻了由塔影效应、风切变、风速中的随机脉动分量引起的风力机输出的机械转矩波动与按照最优叶尖速比法计算的参考转速的波动对永磁同步风力发电系统的影响,抑制了风电系统的低频震荡并保证了系统的稳定性。当考虑到轴系的摩擦损耗时,为了真正地实现最大风能跟踪,通过对最优叶尖速比进行修正,得出最大电磁功率所对应的准确的参考转速,使得机组运行在最大电磁功率对应的工作点处。在Matlab/Simulink下构建了直驱永磁同步风电系统的详细仿真平台,验证了该方法的正确性与有效性。

永磁同步发电机分岔及双参数特性分析

在综合分析PMSM系统基础上,通过数值计算Lyapunov指数谱、分岔图等,讨论了永磁同步发电机系统的混沌分岔行为及周期窗口的形态变化;分析计算了系统在二维参数空间的双参数特性。结果显示系统在倍周期分岔中会出现缺边分岔现象,在双参数空间系统出现复杂的分岔结构,两个控制参数对系统动力学行为的影响特性有所差别与影响。

基于转矩和磁链预测的SVPWM永磁直驱风力发电系统直接转矩控制

针对传统的SVPWM直接转矩控制系统存在转矩和磁链脉动等问题,提出一种基于转矩和磁链预测的SVPWM永磁直驱风力发电系统直接转矩最大风能跟踪控制策略。通过对下一时刻转矩和磁链预测,计算出需要补偿的电压矢量,再通过SVPWM技术合成期望电压矢量。仿真结果表明在维持系统快速性的同时,有效的减小了转矩以及磁链脉动,并且能快速、准确地实现最大功率跟踪。

直驱永磁同步风电机组的无功功率支撑策略

电网准则要求风力发电机组应该具有并网点电压调节能力。基于这一问题,提出了直驱永磁同步风力发电系统无功功率支撑策略。建立了风力涡轮机、永磁同步电机以及电压源型变换器的数学模型,分析了网侧和机侧变换器的控制原理,给出了系统控制框图。通过Matlab/Simulink仿真软件建立了1.5 MW直驱永磁同步风力发电系统的仿真模型,分别对电网正常和电网故障情况进行了仿真研究。实验结果表明所提出的无功功率支撑策略在直流母线电压稳定的基础上能够提升公共耦合点(point of common coupling,PCC)电压。当风电场中多台风电机组采用该方法时,能够帮助PCC电压恢复至正常范围。

基于DSP2812的永磁直驱风力发电并网研究

针对直驱式永磁同步风力发电系统的并网运行,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法控制,提高直流侧电压利用率以及系统动态性能,降低谐波含量。在基于传统电网电压定向的双环控制策略基础上,采用基于虚拟电阻的LCL有源滤波环节取代L滤波,提高滤波特性和电流内环的响应速度,降低设备损耗和成本。运用MATLAB/Simulink建立系统的仿真模型对提出的控制策略进行验证,仿真结果表明了控制方案的可行性,系统能够可靠稳定地向电网输送电能。最后基于TMS320F2812 DSP芯片设计了5kW样机系统,实验结果表明系统运行效果良好,能够实现单位功率因数并网。