低压微网中永磁风力发电系统逆变器并网/孤岛模式控制切换（英文）

在低压微网中,以永磁风力发电并网系统的逆变器为研究对象,主要研究了风力发电系统在并网和离网两种模式下系统逆变器的控制策略。由于风能自身的特点,风力发电系统可能处于并网和脱网两种模式下运行,而系统中逆变器的控制性能成为系统平滑稳定切换的核心之一。该文提出了一种新的并网逆变器在不同的运行模式下的控制策略。当系统并网运行时,逆变器电流内环采用瞬时电容电流改进的谐振控制,解决了因LCL三阶滤波器引起的系统震荡问题,且输出电流具有良好的动态跟踪性能;电压外环采用瞬时平均功率跟踪控制,实现了逆变器按给定功率稳定输出,保证了发电系统向电网馈入高质量的电能。当系统脱网运行时,电压外环采用基于无功下垂系数调节的电压PI控制,内环控制保持不变,当负载突然改变时,保证了发电系统具有较快动态响应性能,且向负载提供稳定功率。经过仿真分析,有效验证了所提控制策略的准确性和可靠性。

直驱永磁风力发电系统非线性控制策略

针对风电系统并网的多种控制要求,基于永磁同步发电机的损耗模型,建立了直驱永磁风力发电系统的非线性数学模型,并运用反馈线性化理论提出了多目标非线性控制策略。利用该策略在机侧实现了低于额定风速情况以下的最大风能捕获,并且调节有功直轴电流使其系统损耗最小;同时在网侧稳定直流母线电压和调节无功电流,满足了系统在正常状况下以单位功率因数并网运行的要求;而在电压跌落期间,能迅速提供无功电流,有利于电网电压稳定与恢复,具备一定的低电压穿越能力。仿真结果表明,所提出控制策略是有效而实用的,不仅兼顾了风电系统并网的实际运行要求,而且提高了系统的效率。

直驱永磁风力发电系统建模与仿真方法研究

针对我国风机装机保持的快速增长形势,研究、分析了基于PSCAD/EMTDC的直驱永磁风力发电系统建模与仿真。基于电机原理和控制理论,对直驱永磁风机系统模块化建模;建立了dq坐标系下风力发电机模型,并将典型功率外环、电流内环双环控制策略应用机侧变流器,典型电压外环、电流内环双环控制策略应用网侧变流器。基于PSCAD/EMTDC平台搭建直驱永磁风机并网系统和控制策略,算例验证了模型和策略的有效性,结果表明:所建风机系统模型可通过桨距角控制保证风机安全,并实现最大风能捕获;机侧变流器控制策略能快速响应风速变化、实现指令值的快速跟踪,网侧变流器控制策略可保证变流器单位功率因数输出及直流侧电容电压恒定。

新型直驱式永磁风力发电系统的控制

用矩阵变换器替代交-直-交变换器,提出一种新型直驱式永磁风力发电系统。该系统利用矩阵变换器的先进拓扑结构和控制策略,将它作为全功率变流器,实现永磁同步发电机在并网状态下的稳定运行。Matlab仿真结果表明:直驱式永磁风力发电系统能够单独控制有功功率与无功功率,并且谐波较少。

永磁风力发电系统及其功率变换技术

能源匮乏已经成为了世界各国面临的重要问题,各国都开始重视可再生能源的研究,永磁风力发电系统作为创造能源的环保系统,得到了各行各业的关注。本文首先研究了永磁风力发电系统,然后重点阐述了风电系统的功率变换技术。

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。

基于阻抗比判据的永磁直驱风力发电系统并网稳定分析方法

考虑永磁直驱风力发电系统(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)的动态特性,提出一种基于阻抗比判据的PMSG并网稳定性分析方法,以提高PMSG并网稳定分析的准确性。首先,基于阻抗比稳定分析原理,推导含变换器系统的并网稳定判据。然后,考虑PMSG的动态特性,在建立状态空间方程的基础上推导出PMSG的小信号模型,进而推导PMSG的输出阻抗表达式,据此分析PMSG并网稳定分析方法且得出具体实现流程。最后,利用PSASP分别搭建含PMSG的简单系统和WSCC-9节点仿真系统。仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。

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。

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。

永磁直驱风力发电系统故障穿越过程瞬态行为分析

采用非线性模态级数法对故障穿越情况下并网永磁直驱风力发电系统的瞬态行为进行分析,使传统的定性分析转入到定量分析。通过建立系统的数学模型,推导出相应的二阶模态级数模型,并进行了数值模拟和理论分析,得出的系统二阶准谐振边界将参数空间分为正常运行区域和二阶谐振区域。研究结果表明:系统在故障穿越情况下的瞬态过程中存在着丰富的交互模式,特别是存在着很强的二阶交互模式;通过选择合适的参数削弱二阶模态交互作用,可以有效地减小在故障穿越过程中系统振荡的幅值和持续时间。对于系统的二阶准谐振边界,当选择控制参数落入正常状态区域时,能够避免发生二阶谐振,使系统在故障穿越情况下快速实现稳定运行。

基于FCS-MPC的风力发电系统低电压穿越技术研究

提出了一种基于模型预测控制的直驱永磁风力发电系统低电压穿越方法,构建了包含网侧和机侧电流的价值函数,通过滚动优化实现风速变化时的直流电压稳定和最大功率跟踪。当并网点电压发生跌落时,利用一个比例函数降低电机转矩电流参考值,减少永磁同步发电机机组出力,通过将机侧与网侧间的不平衡功率传递至发电机转子,来稳定直流侧电压。最后通过仿真试验,验证了所提控制策略应用于直驱永磁风力发电系统低电压穿越控制的可行性和有效性。

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。

永磁直驱小型风力发电系统的并网控制

针对永磁直驱小型风力发电系统进行了控制算法研究。该系统包括一个三相不可控整流桥、一个BOOST升压斩波电路和一个三相逆变器,系统最大功率跟踪通过对BOOST电路的控制来实现,三相并网逆变器采用有功与无功的解耦矢量控制调节并网功率因数,最后设计了一个5kW的风力发电系统进行试验,试验结果验证了算法的正确性和可行性。

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。

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。