永磁直驱式风力发电机三相不平衡的补偿控制算法

提出了一种用于电网侧三相电压不平衡情况下的永磁直驱式风力发电机的逆变控制算法。通过对不平衡三相瞬时电压的矢量变换、分解并形成负序电流分量,与通过锁相环单位归一化的逆变输出电流相加,可以保证永磁直驱式风力发电机逆变输出的电流具有良好的正弦及三相平衡特性。该控制算法解决了永磁直驱式风力发电机在电网侧三相电压不平衡情况下的输出畸变问题,算法简单有效,计算量小,硬件采用分立元件即可实现,方便且可靠。

基于定子全浸式及绕组内冷式的蒸发冷却永磁直驱风力发电机优化设计研究

为了充分发挥蒸发冷却技术在风力发电领域中高效的散热性能以及免维护的自循环特性,本文基于发电机定子全浸泡以及绕组空心导线内冷的两种散热形式,对一系列不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了优化设计研究,并对不同冷却技术路线下的电机优化设计方案进行了对比和分析。本文首先分析了不同技术路线下不同蒸发冷却系统各自所具有的特点及优势;之后基于电磁场和传热学理论建立了发电机电磁参数及温度场的分析计算模型,并基于冷却系统的结构布局分析了不同技术路线下发电机定子的传热特性;最后基于发电机电磁场和温度场的耦合分析建立了风力发电机的优化设计模型,通过多目标遗传优化算法,对2MW、5MW和10MW三种不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了以材料和成本为目标的电机系统优化设计。优化结果及对比分析表明,针对兆瓦级直驱式风力发电机而言,采用空心导线内冷式技术更具有设计成本和冷却性能上的优势,本文中的优化方法和策略可以为蒸发冷却永磁直驱式风力发电机的优化设计提供理论依据和设计基础。

5 MW内外转子组合式直驱永磁风力发电机仿真设计

文章通过等效磁路法设计了额定功率5 MW的直驱永磁风力发电机,对比研究了120极/378槽和78极/324槽两种设计方案的超大功率直驱永磁风力发电机性能,从电机结构上解决了超大功率发电机体积过大,不利于运输等缺点,并在此基础上,仿真验证了文章所设计的内外转子组合式5 MW直驱永磁风力发电机是可行的和有效的。

永磁直驱风力发电机非奇异终端滑模控制

为提高永磁直驱风力发电系统的抗扰能力和控制精度,提出了一种扰动观测器与非奇异快速终端滑模控制相结合的最大功率跟踪控制策略。利用扰动观测器得到风力发电机的转矩变化,对控制器进行前馈补偿;采用非奇异快速终端滑模面提高控制器的动态性能,实现系统快速收敛,减少因扰动引起的抖振。仿真结果表明,所提策略在随机风速的情况下可以准确估计转矩变化,提高最大功率跟踪过程中的转速跟踪精度和风能利用率。

海上半直驱永磁风力发电机电磁设计与温度场分析

以海上16 MW半直驱永磁风力发电机作为研究对象,基于有限元分析方法针对不等气隙条件下电磁特性、冷却结构设计及温度场仿真展开研究,结果表明优化后的电机能够合理地降低电机损耗,提高电磁性能,水套冷却和空水冷却相结合的冷却方式散热效果良好。通过型式试验,验证了电机设计的合理性。该电机的设计对海上永磁风力发电机大型化的发展发挥了重要作用。

半直驱中速永磁同步发电机轴承发生微电流腐蚀的故障诊断分析

轴承滚道形貌出现“搓衣板”纹路的故障模式是风电机组常见的主要故障之一。针对半直驱中速永磁同步发电机轴承发生微电流腐蚀故障,首先通过在线监测系统采集发电机轴承运行时的振动信号,然后对振动信号故障特征进行提取与诊断分析,研究和复现轴承滚道微电流腐蚀的失效模式和故障发展历程,最后同步验证抑制轴电流的措施的有效性,以此保障风电机组健康可靠地运行。分析表明:该故障风电机组的发电机轴承滚道出现的“搓衣板”纹路并非轴承的主要失效模式,而是轴承滚道发生二次损伤的表现。随着时间推移,轴承滚道出现的损伤(浅坑)纹路逐渐重复叠加并变得更加清晰,说明该发电机的主要失效模式为轴承微电流腐蚀。

基于磁链预测的永磁直驱风力发电机SVM-DTC技术

永磁直驱风力发电机传统直接转矩控制(DTC)通过查表法选择固定电压矢量来控制定子磁链和电磁转矩,导致磁链和转矩的双重控制要求不能同时兼顾,造成磁链和转矩脉动过大。针对传统DTC的不足,研究了一种永磁直驱风力发电机基于定子磁链预测的空间矢量脉宽调制(SVPWM)DTC方法,通过对下一个控制周期磁链矢量的预测计算需要补偿的电压矢量,并引入SVPWM模块代替查表法来合成该电压矢量。仿真和实验结果表明,此方案能明显降低磁链和转矩脉动,改善永磁直驱风力发电系统的控制性能。

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双模功率控制策略的仿真研究

在分析变桨距执行机构动作滞后及变桨速度限制带来的功率波动问题基础上,针对直驱式永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)系统,提出全风况下结合变桨距控制的双模功率控制策略。低于额定风速时,采用基于转速反馈的最大风能跟踪控制;高于额定风速时,根据发电机额定功率和即时转速设定参考电磁转矩,将发电机输出有功功率限定在额定值附近;并给出了双模控制系统中2种控制模式之间平滑切换(smooths witching)的具体规则。对双模功率控制策略下的一台2MW直驱式PMSG系统进行仿真研究,验证了该控制策略的正确性和有效性。相对于采用传统控制策略的直驱式PMSG系统,该控制策略能够在额定风速以上获得更为平稳的有功功率输出。

永磁直驱风力发电机组弯头形机舱优化分析

[目的]针对某型永磁直驱风力发电机组机舱几何外形不规则,受载荷复杂、重量较大的情况,需对其进行优化分析与设计。[方法]基于有限元方法,建立了机舱的有限元模型,分析了弯头形机舱的几何结构和主要形状影响参数,并基于分析结果对参数进行优化调整与复核计算。[结果]优化后的机舱最大von Mises应力由181 MPa减小到173 MPa,应力降低了4.4%,满足强度要求,重量由52.7 t减小到45.2 t,重量减少了约14.2%。[结论]研究表明,优化效果明显,为风电机组此类机舱设计与优化方法提供了借鉴和参考。

极槽匹配对直驱式永磁风力发电机性能的影响

直驱式永磁风力发电机具有高效率、运行可靠和结构简单等优点,如何通过适当选择定子槽数及极数来改善发电机的性能、降低成本,是直驱式永磁风力发电机设计的一个重要问题。本文以输出功率为1.5MW的直驱式永磁风力发电机为例,根据风力发电系统中永磁发电机低转速、多极数、大体积的特点,基于场路耦合有限元法对风力发电机的性能进行分析。在发电机体积相同的情况下,比较和分析了定子槽数和极数对永磁风力发电机的性能的影响。

半直驱中速永磁风力发电机设计与特性研究

随着风力发电的健康蓬勃发展,结合了高速异步风力发电机和低速永磁直驱发电机特点的中速永磁半直驱风力发电机的优势也越来越明显。本文以5.5 MW级的中速永磁半直驱风力发电机为研究对象,介绍了半直驱驱动链及中速永磁风力发电机的基本结构,建立了该发电机的有限元计算模型,分析了“V”形永磁体转子结构的永磁发电机的空载特性与负载特性,计算了该结构下磁阻转矩与永磁转矩在电磁转矩中的占比等参数。基于研究与分析,总结了“V”形永磁体转子结构的半直驱永磁风力发电机的特点,为后续半直驱永磁风力发电机进一步的研究奠定了理论基础与参考依据。

直驱式永磁同步风力发电机性能研究

通过等效磁路法设计了额定功率1.5MW的直驱式永磁风力发电机;为了深入研究额定功率1.5MW的直驱式永磁风力发电机的运行特性,采用场路结合法分析了永磁风力发电机在空载、额定负载和短路情况下的运行特点,并验证了所设计永磁风力发电机的可行性;在此基础上,将极弧系数、负载变化对永磁同步发电机输出功率的影响进行了仿真;对比研究了每极每相槽数对永磁同步发电机性能的影响。结果表明:极槽匹配对直驱式风力永磁发电机性能有很大影响;通过合理选择极数、槽数以及极弧系数,可以减少输出电压谐波分量的影响,降低永磁材料的使用,节省成本,有助于直驱式风力永磁发电机获得良好的性能。

小型直驱式永磁同步风力发电机快速最大功率追踪仿真研究

直驱式永磁同步发电系统的功率输出直接受发电机转速的影响。为了提高小型直驱式永磁同步发电系统的输出功率,通过分析风力机的工作特性以及最大功率追踪原理,指出经典爬山法的缺点,并提出一种新的变步长爬山法。根据前一次转速扰动和功率变化的梯度关系来决定下一次的扰动步长,可以提高系统的动态响应,扰动方向与经典爬山法一致。在最大功率点附近,功率波动小于一定值时,停止搜索,来实现最大功率追踪的快速性和稳定性。用仿真结果验证了该方法的可行性。

直驱式永磁同步风力发电机交错并联网侧变流器环流控制策略

对采用平均模型对交错并联拓扑下的直驱式永磁同步风力发电机网侧变流器的环流问题进行了研究的同时,对三相电流在旋转坐标系下的零序分量的控制策略进行了深入分析,并从抑制环流的目的出发提出了在传统SVPWM调制算法基础上增加一个零序电流环的控制策略。仿真与实验结果验证了策略的可行性与正确性,表明提出的交错并联拓扑下的网侧变流器环流抑制策略具有较好的控制效果。

直驱式方波永磁同步风力发电机控制系统仿真

根据直驱型风力发电系统中风机惯性大、转速调节响应慢的特点,提出了一种改进的最大功率追踪(MPPT)的控制方法,并与传统的MPPT控制方法进行了对比。根据功率平衡的思想,结合交-直-交功率变换装置的结构特点,所提出的电气控制策略实现了升压电路和逆变器的分别控制。搭建了直驱式方波永磁同步电机风力发电系统中风速、风机、方波永磁同步发电机、Boost升压电路、电压型并网逆变器及其控制部分的仿真数学模型。以突变风为例,对1.5MW直驱式永磁风力发电系统进行了仿真研究。仿真结果表明新的控制方法能够保证发电系统稳定的运行。

直驱式外转子永磁同步风力发电机的设计与分析

应用场路结合法设计了一台2 MW直驱外转子永磁同步风力发电机,建立二维电磁场仿真模型,研究发电机在空载、额定负载、短路工况下的磁链、反电势等电磁性能。为削弱发电机齿槽转矩,基于能量法和傅里叶级数分解法,给出齿槽转矩的解析表达式,通过分析极弧系数对齿槽转矩和输出电压正弦畸变率的影响,提出最佳极弧系数的确定方法。仿真结果验证了理论分析的正确性,为电机参数的优化提供依据。

直驱式永磁风力发电机组并网控制

为了省去直驱式永磁同步风力发电机组D-PMSG(direct-drive permanent magnet synchronous genera-tors wind turbine)串接的交-直-交变流器,减少初期投资费用,文中设计了D-PMSG并网控制策略。通过对交-直-交变流器的控制,使发电机定子电压与低频母线电压满足准同期并网条件时,短接串连在主电路中的双PWM变流器,将发电机定子直接连接在箱式变压器上,电能以低频传输到背靠背换流站,在换流站变换为工频送入电网。运用PSCAD/EMTDC软件仿真了两台机组的并网过程,并分析了并网控制策略的经济成本,结果表明这种并网方法具有一定的可行性。

直驱式永磁同步风力发电机不对称故障下的改进控制

在分析直驱式永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率变换器功率特性基础上,推导了直流侧电压、并网电抗器功率及网侧输出功率之间的关系,提出了不对称故障下系统的改进控制策略,以实现该型机组的低电压穿越。该控制策略基于电网侧变换器、电机侧变换器功率平衡协调控制思想,将电网跌落信息反馈给电机侧变换器,实现两个变换器的协调控制;同时,在直流侧电压维持在安全范围内的前提下,采用弱控制,以一定的直流侧电压波动为代价,达到消除网侧有功功率2倍频波动的目的。仿真研究结果表明,基于功率平衡协调控制的改进控制策略可较好的实现直驱式永磁同步风力发电机的不对称故障穿越。

直驱式永磁风力发电机的瞬态磁场有限元分析

利用Ansoft有限元分析软件对3.75 kW直驱式永磁风力发电机进行建模求解,分析了电机在空载、额定负载和三相短路情况下的工作特性。结果表明Ansoft有限元分析软件能够有效反映电机内部电磁场变化,为电机的优化设计提供科学依据。