风速分布差异对永磁风力发电机组故障特性的影响分析

为了更有效地辨识永磁风力发电机组的故障特征,从叶轮扫掠面内的实际风况出发,综合考虑风剪切、塔影效应产生的风速时空分布差异,并研究该差异对永磁风力发电机组故障特征的影响。首先介绍考虑风速时空分布差异后的风速模型(等效风速模型),然后基于该模型对永磁风力发电机组常见的电气和机械故障特性进行理论分析,分别推导得出考虑风速时空分布后绕组不对称故障、叶轮不平衡故障以及这2种故障复合作用下的定子电流表达式;最后利用Matlab/Simulink平台进行仿真验证。研究结果表明,与现有的基于轮毂处平均风速的故障特征相比,考虑风速时空分布差异后,永磁风力发电机绕组不对称故障特征中含有3kP(k为整数,P为叶轮转频)为主的调制频率;叶轮不平衡故障特征频率除P和3kP外,还出现了P与3kP的耦合调制;复合故障下频率成分会更复杂。

变流器瞬时功率平衡理论在直驱永磁风力发电机组低电压穿越中的应用

为了研究直驱永磁风力发电机组的低电压穿越运行特性,建立其数学模型,利用电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了机组仿真模型,进行了电网电压跌落故障发生时的机组低电压穿越特性仿真。利用低电压穿越设备对东北地区某风电场直驱永磁风力发电机组并网低电压穿越运行进行了测试。通过实测数据与仿真数据的对比,验证了所提出的直驱永磁风力发电机组并网运行控制策略及仿真结果的正确性。

直驱永磁风力发电机组的频率响应简化模型及其应用

基于直驱永磁风力发电机组(D-PMSG)详细仿真模型开展多风机虚拟惯量的协同控制研究,存在仿真计算耗时多、难以确定影响虚拟惯量控制的主要因素等问题,为此提出了一种D-PMSG的频率响应简化建模及适用于多机虚拟惯量控制研究的风电场频率响应简化建模方法。仿真结果表明,所提模型能够有效反映风机的频率响应特性,简化风电场建模的复杂度。

基于奇异扰动的永磁风力发电机组双时标控制

针对永磁风力发电机组电气时间常数与机械时间常数不同时间量级的特点,利用奇异扰动理论将永磁风力发电机组的高阶模型解耦成两个时标下的子系统,实现了对变量的解耦和模型的简化。而后,分别采用基于Lyapunov函数的设计方法和哈密顿能量方法对两个子系统进行控制,再通过组合获得整体控制律,实现了对整个永磁风力发电机组的控制。进一步通过理论证明验证了组合控制律的可行性。最后,仿真结果表明本文提出的控制策略具有较好的准确性和快速性。

浅谈直驱永磁风力发电机组叶轮的日常检修

直驱永磁风力发电机因结构简单、可靠性高、发电效益高、电网接入性能优异等特点越来越受到市场的青睐。根据直驱永磁风力发电机组的故障特点,从叶轮的主要部件,例如叶片、滑环、变桨系统等几个方面讲述叶轮日常的检修项目。

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。

基于双模控制的永磁直驱型风力发电机组高电压穿越控制策略的研究

为提高永磁直驱型风力发电机组的高电压穿越能力,在研究电网电压骤升下风力发电机组运行特性基础上提出一种基于双模控制的永磁直驱型风力发电机组高电压穿越控制策略。以电网电压骤升幅度及直流母线电压的升高程度为依据,利用选择器进行网侧变流器控制模式的转换,从而使直驱型风力发电机组具备高电压穿越能力。基于PSCAD仿真平台的仿真结果及应用结果表明,该控制策略不仅可以保证直驱型风力发电机组在电网电压骤升期间不脱网连续运行,还可以有效提高风力发电机组的无功补偿能力,有利于电网的安全稳定运行。

永磁直驱风力发电机组主机架强度分析

运用风力机空气动力学、结构动力学、强度分析等理论和现代设计方法,以GL、IEC、Eu-roCode3等风力发电机组规范为依据,利用非线性有限元分析软件MSC.MARC对主机架结构进行静强度、模态、以及疲劳寿命分析,并对结果进行校核评价。总结了运用MSC.MARC进行风力发电机组关键零部件设计与分析的方法,为风力发电机组零部件的自主设计和结构优化提供可靠的科学依据,具有理论意义和工程使用价值。

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。

永磁风力发电机组抗饱和控制器设计

风力发电是利用风能转化为电能的一种清洁能源技术。风能是一种无公害的可再生的清洁能源。提出两种风力发电机组速度控制环节的抗积分饱和控制方法。应用该方法分别在永磁风力发电机组的矢量控制算法中对系统进行控制,并且在速度控制器中对其进行使用,以此来降低电机速度控制中的过饱和部分。

1.5MW直驱永磁风力发电机组主控系统硬件平台选型分析

本文介绍了我公司首台1.5MW直驱型永磁风电机组产品样机主控系统硬件平台的选型分析及推荐的控制系统硬件(软件)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.

大容量永磁发电机组定子轻量化设计

为了实现大容量外转子永磁风力发电机组定子轻量化设计目标,针对定子结构特点和运行过程中的载荷工况,对定子刚度和强度进行了系统分析,得到了定子的应力和变形分布,确定了定子的优化区域。在保证定子刚度和强度满足要求的条件下,运用变密度法对其进行初步拓扑优化设计。在此基础上,通过灵敏度分析确定了对定子质量、刚度和强度影响较大的尺寸参数,进行了响应面尺寸优化。优化后定子的最大应力和最大变形均在许可范围内,质量减少了1 199 kg,减重11.25%,实现了轻量化目标。

直驱永磁风力发电机侧最大功率追踪滑模控制研究进展

本文针对提高直驱永磁风力发电机侧效率及未建模动态性能问题,介绍了直驱永磁风力发电机侧最大功率跟踪滑模控制研究进展。首先,分析线性滑模、一阶线性滑模、积分滑模与终端滑模4类控制策略的原理、存在的问题以及研究现状。其次,针对快速非奇异终端滑模控制的“抖振”及控制精度问题,对现有趋近律方法、观测器方法、模糊方法的消抖原理及效果进行阐述。最后,得出变增益、变速、变指数趋近快速非奇异终端滑模控制是最优的“消抖”策略。通过对非连续项进行连续平滑处理和引入合适的在线自调整因子可有效消除“抖振”,并提高控制精度。对于系统远离平衡点时的情况,仍有待进一步深入研究。

基于故障树的永磁直驱风力发电机组故障分析

随着风力发电机组功率的增加,其结构的复杂性也随之提高,伴随着运行时间的增加,运行过程中产生的故障日益增多,迫切需要对机组运行过程产生的故障进行分析。基于此,该文提出了利用故障树分析方法,结合某型永磁直驱风力发电机组运行期间产生的故障事件数据建立故障树模型,并对模型进行定性和定量分析,得出了风机运行故障事件的关键重要度及相关部件系统的重要度,对提高风机运行的可靠性,提高风电场的运维准确性具有指导意义。

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。

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。

一种模拟直驱永磁风电机组低电压穿越的试验系统

随着直驱永磁风力发电系统并网容量逐渐增加,电力系统对其低电压穿越能力也做出了明确规定,因此直驱永磁风电机组的低电压穿越算法成为近年研究热点,而算法的研究需要硬件平台的支撑。针对这个问题,构建了一套直驱永磁风力发电机组的低电压穿越试验平台。试验平台主要由模拟风力机、永磁同步电机、全功率变流器以及模拟电网组成。在模拟风力机设计时,基于直流电机的电磁转矩特性,控制其电枢电流使直流电机输出转矩实时跟踪风力机的转矩,并采用减速箱和飞轮来模拟实际风力机的低转速特性和大惯性特性。为验证试验平台的运行效果,采用了一种应用于全功率变流器的有功无功协调控制策略,在电网电压跌落时,优先向电网传输所要求的无功功率,在此基础上最大限度地向电网传输有功功率。试验结果表明:搭建的试验平台可稳定运行,在电网电压跌落至60%时,应用有功无功协调控制策略可实现低电压穿越,并使电网电压提升了11%。