微型燃气轮机发电系统孤岛及并网运行的建模与控制策略

微型燃气轮机是目前世界上新能源利用的一个主要方向,特别是在微网中得到了广泛重视,其发电系统控制对于微网并网及孤岛的稳定运行至关重要。本文采用模块化建模方法,基于Matlab/Simulink建立了微型燃气轮机发电系统(MTGS)的机电一体化仿真模型,包括微型燃气轮机本体,永磁同步发电机、整流器和逆变器四个部分。并着重研究了MTGS系统孤岛及并网运行的相关控制策略,前者采用了输出电压控制以维持负荷输出电压,后者采用了PQ解耦的双闭环控制,并提出了输出电压解耦控制与电流滞环控制相结合的新型控制策略来调节MTGS的输出功率。仿真的结果表明该策略的可行性。

微型燃气轮机发电系统启动过程控制

提出了微型燃气轮机发电系统启动过程实现最大转矩电流比(MTPA)的直接转矩控制(DTC)方案。在转矩闭环控制中,解决了电机高速运行状态下功率角的位置准确计算问题;利用霍尔位置传感器解决了高速永磁电机起动时初始位置检测问题,提出相应电机起动的空间矢量合理选择方法;为了更有效提高磁链的观测精度,对独立限幅积分器和耦合限幅积分器的观测性能进行了对比。结合升速和暖机状态的电机磁链和转矩的实际要求,设计供电效率最优启动方案。仿真和实验结果证明,系统具有良好的动静态性能,保证蓄电池有限能量情况下一次快速可靠启动。

微型燃气轮机发电系统新型并网控制技术

为了满足微型燃气轮机发电系统的并网要求,降低变换器的成本和提高可靠性,提出一种耦合虚拟磁链观测方案以解决磁链观测的偏置和启动电流突跳问题,获得了无电网电压传感器的虚拟磁链同步旋转坐标系统,设计了基于改进虚拟磁链观测器的直接功率控制策略的新型并网控制器。针对并网过程中的能量传输要求,进一步抑制发电机功率变化导致母线功率的传输波动,采用功率前馈的并网控制方案,改善了系统功率控制能力。仿真和实验结果表明,这种新型并网控制器能够稳定运行,能量传输具有快速性和稳定性。

微型燃气轮机发电系统建模与特性分析

基于微型燃气轮机与电力电子装置工作原理,对采用双脉宽调制(PWM)变换器结构的微型燃气轮机发电系统进行了整体建模。为控制交直流变换器中电容电压,整流器采用PWM恒压控制;为保证负荷侧电能质量,逆变器采用V/F控制,实现负荷侧电压与频率的稳定。利用PSCAD/EMTDC软件对微型燃气轮机发电系统动态特性进行仿真验证,结果表明该模型能够反映实际微型燃气轮机发电系统的动态特性。

基于回热循环的燃气轮机发电系统技术分析

为了提高燃气轮机系统的热力学性能,燃气轮机高温排气中的废热必须加以利用,这样就出现了各种各样的基于开式燃气轮机的回热循环的系统结构。本文对采用不同方式进行回热的燃气轮机循环的工作原理和性能特点进行了比较分析,从而为未来的燃气轮机发电系统的选择提供参考。

采用变分模态分解的微型燃气轮机发电系统混合储能功率分配策略

为缓解大功率脉冲负载投切造成的船舶燃气轮机发电系统功率波动,将由飞轮储能装置和蓄电池组成的混合储能系统应用于船舶燃气轮机发电系统,提出一种采用变分模态分解(VMD)和模糊控制策略的船舶微型燃气轮机发电系统混合储能功率分配策略。基于算术优化算法优化的变分模态分解(AOA-VMD),实现混合储能系统中飞轮储能和蓄电池功率的初级分配;考虑飞轮储能转速和蓄电池荷电状态安全运行范围,设计两个并列的模糊控制器,调节飞轮储能和蓄电池的初级功率,实现飞轮储能和蓄电池功率的二次分配。建立包括燃气轮机、发电机、混合储能系统和脉冲功率负载的船舶微型燃气轮机发电系统模型并开展性能仿真。结果表明,考虑混合储能后,脉冲负载投切所造成的直流母线电压最大波动减小了6.4%,对应的微燃机转速最大变化率减小了0.02%。对比采用传统滤波器和未经优化VMD的算法,采用AOA-VMD算法分解脉冲负载的功率波动信号:投入峰值功率为40 kW的脉冲功率负载时,直流母线电压波动量分别减小3 V和2.4 V,对应的微燃机转速波动率分别减小0.012%和0.014%;切除上述负载时,电压分别减小2.7 V和0.6 V,转速波动率分别减小0.018%和0.012%。仿真结果验证了所提采用变分模态分解的混合储能功率分配策略的有效性与优越性。

微型燃气轮机直驱发电系统的控制与仿真

以微型燃气轮机发电系统为核心的冷、热、电联供系统是我国电力科学重点关注技术之一,研制出一套能适用于系统启动加速和发电运行的综合控制方案具有重要意义。本文提出了基于双向背靠背变流器的高速微型燃气轮机直驱发电系统结构,并研究了相应变流器的控制策略,电机侧变流器采用磁场定向的矢量控制,电网侧变流器采用基于直流母线电压的解耦控制。在Matlab/Simulink平台下搭建了微型燃气轮机发电系统仿真模型,仿真结果验证了控制策略的可行性。

MCFC/燃气轮机联合发电系统的最小二乘支持向量机方法建模

分析了影响熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)/燃气轮机(GT)联合发电系统工作温度的重要因素,在多个变量中选择了燃料气和空气流量作为MCFC工作温度的控制量;选择燃料气利用率和燃烧室附加燃料流量作为燃气轮机透平初温的控制量.在此基础上,推导了最小二乘支持向量机(LS-SVM)用于函数估计的算法,并将该算法用于建立联合发电系统的工作温度控制模型.实验结果表明,LS-SVM建模方法具有建模精度高、计算速度快的优点,适合于实时控制的情况.

微型燃气轮机并网发电系统的仿真分析

微型燃气轮机是微电网中非常重要的微型电源,其应用前景非常广泛。在分析微型燃气轮机发电系统数学模型和系统结构的基础上,根据并网运行的控制方式,采用PQ控制策略设计逆变控制器。使用MAT-LAB软件建立了微型燃气轮机并网系统的一体化模型,对此系统进行仿真,仿真结果表明系统在各种运行情况下基本满足PQ控制目标,可以按照PQ参定值输出相应的功率,整流器侧直流电压的波动小,从而证明了该控制策略的有效性。

微燃机用高速永磁同步起动发电机驱动控制策略研究

针对单轴微型燃气轮机发电系统的启动、发电和停机过程,对微燃机用高速永磁同步起动发电机的驱动控制策略进行了研究。在整个运行过程中,高速永磁同步起动发电机控制系统由转速外环和电流内环构成,采用基于转子磁场定向的矢量控制来控制电机的转速和电磁转矩。在电动运行时,起动发电机拖动微型燃气轮机完成启动和冷却停机;在发电运行时,通过控制起动发电机的电磁转矩调节微型燃气轮机的转速,使之在最佳功率—转速点运行。利用建立的系统试验平台,对提出的控制策略进行了试验验证,结果表明:高速永磁同步起动发电机在整个运行过程中转速控制平稳,响应快速,能够满足微型燃气轮机发电系统的需求,且保证了微型燃气轮机发电系统变工况调节的灵活性。

氢能源技术的应用与发展研究探析

氢以水和矿物形式广泛分布于地球上,其资源比较丰富。氢的应用领域非常广泛,可用于能源储存、燃料电池车辆、工业生产以及航空航天领域。特别需要关注的是氢气在燃气轮机、内燃机和喷气发动机方面的应用。因此,探讨了其不同的燃烧方式和面临的挑战。同时,燃料电池作为另一种重要能源,其原理、分类和应用领域也需进行详细讨论。尤其在交通运输领域,燃料电池有巨大潜力推动电动化、减排和能源转型。然而,氢气的供应、储存成本等问题仍待解决。氢能作为清洁、高效和可持续的能源,展现出广阔的发展前景,需要加大技术研发、政策支持以及产业合作的力度。

微电源特性分析及其对微电网负荷电压的影响

建立了光伏发电系统、风力发电系统和微型燃气轮机发电系统(MTG)3种典型微电源的数学模型和仿真模型,基于MATLAB Simulink仿真平台分析比较了各单微电源构成的微电网的运行特性,得到了不同微电源的动态响应特点。进而对3种微电源组成的微电网的运行特性进行了仿真分析,仿真考虑了并网运行状态切换至孤网运行状态的过渡过程以及孤网时的负荷扰动。进一步的仿真分析表明,不同微电源的容量对微电网孤网电压水平具有不同的影响,其中MTG存在"最优容量",该容量对应的微电网并网切换至孤网时电压下降百分比最小。该结论是微电网规划阶段微电源容量配置的重要依据。

充磁导致的超高速永磁同步电机不平衡磁拉力

转子永磁体充磁角度偏差导致的不平衡磁拉力对微型燃气轮机发电系统用超高速永磁同步电机的安全稳定运行有很大的影响.采用有限元数值分析方法,分别在不考虑转子偏心和考虑转子偏心的情况下,对由充磁角度偏差导致的超高速永磁同步电机不平衡磁拉力进行了计算和分析;将不平衡磁拉力的计算结果作为载荷,获得了超高速永磁同步电机空气轴承-转子系统的固有频率及振动特性.研究结果表明:转子系统在740Hz附近发生共振,共振幅值随着转子磁芯充磁偏差角度的增大而增大;要保证转子系统安全可靠的工作,需要将磁芯的充磁角度偏差限制在5°以内.

基于飞轮储能的船用燃机直流微电网大功率负载响应特性

为充分利用飞轮储能对船舶直流微电网功率补偿的优势,弥补燃气轮机发电系统输出功率调节响应慢的不足,对船用燃机直流微电网大功率负载下的飞轮储能系统控制策略和电网响应特性进行研究。本文基于100 kW实装微型燃气轮机发电机组,建立了包括燃气轮机、发电机、飞轮储能系统的船舶直流微电网模型,并在有无飞轮储能系统的情况下,分别突加、突卸40%、60%、80%额定功率负载,详细分析不同负载模式下直流母线电压、发电机转速和飞轮转速的变化特性。结果表明,所提出的飞轮储能系统控制策略可以及时补偿大功率负载冲击下发电机和负载之间功率不平衡,防止母线电压和同步发电机转速波动过大,有效提升微型燃气轮机发电系统的电能质量和稳定性。

交流微电网接口变换器控制策略研究

微电网与传统大电网可实现有机互补,充分利用可再生能源发电。接口变换器作为分布式电源(DG)接入微电网的关键设备,其控制特性直接决定了DG的发电效率。目前,微型燃气轮机发电系统(MTGS)需要通过交-直交两级变换向微电网交流母线供电。利用矩阵变换器(MC)作为交流母线与MTGS的接口变换器,设计了双空间矢量控制策略,对电流进行闭环控制,同时,利用MC能量的双向流动控制,将交流母线电能作为MTGS启动电源,省去了变频启动电源,发电工况下,实现了交-交直接变换,从而提高MTGS的发电效率,通过系统仿真,验证了所提控制策略的有效性。