非理想运行条件下双馈感应发电机转矩脉动抑制方法综述

在非正弦和不平衡运行条件下,双馈感应发电机会面临显著的转矩脉动问题,严重威胁系统的安全稳定运行,因此有必要采取转矩脉动抑制措施。近些年,诸多学者针对该问题进行了广泛研究,并取得了一系列的科研成果,但鲜有对其进行总结归纳的文献。为此,该文首先介绍了双馈感应发电机系统结构,分析了非正弦和不平衡运行条件下转矩脉动成因,并明确了转矩脉动抑制的主要目标。其次,从硬件结构改进法和控制策略改进法两方面对现有技术方案进行归类总结,并从七个维度进行综合对比分析。最后,从软硬件协同抑制、参数鲁棒性提升、谐波损耗抑制和故障穿越四个方面对双馈感应发电机转矩脉动抑制方法的未来发展趋势进行了展望。

基于数字孪生的双馈风力发电机功率波动平抑系统

为了提高双馈风力发电机功率的平抑效果,设计基于数字孪生的双馈风力发电机功率波动平抑系统。借助数字孪生五维模型搭建系统框架;确定系统各功能硬件;设计系统软件,基于数字孪生技术映射设备模块,采集数据;利用经验模态分解法和小波阈值法处理信号;利用孪生神经网络判断功率波动程度;基于PID设计功率平抑控制器,实现波动平抑。测试结果表明,经过所设计系统平抑后,功率波动在允许范围内且峭度因子达到了1.785,解决了平抑效果不佳的问题。

基于改进型Super-twisting的双馈感应发电机直接功率控制

为提高双馈感应发电机(DFIG)直接功率控制的鲁棒性和抗干扰能力,提出一种改进型超螺旋滑模(STSMC)的直接功率控制(DPC)。首先,建立参数摄动下的DFIG最大功率捕获模型和定子磁场定向的双馈感应发电机模型;然后,将非奇异快速终端滑模面(NFTSM)与一种改进型超螺旋(Super-twisting)优化算法结合,设计DFIG直接功率控制器(IST-NFTSMC)。其中所设计的非奇异滑模面能有效避免传统滑模控制(SMC)的奇异现象,且改进超螺旋控制律能有效削弱NFTSMC抖振,提高功率控制精度;最后,通过仿真和实验,与PI控制和传统SMC控制相比,该控制能削弱DFIG功率与电流抖振问题,加快其收敛速度,提高DFIG直接功率控制稳态精度。

双馈感应发电机直接转矩滑模变结构控制技术研究

针对双馈感应发电机的动态行为分析不够精准,导致技术的控制效果不佳的问题,设计双馈感应发电机直接转矩滑模变结构控制。根据双馈感应发电机的运行特点,分别计算双馈感应发电机的磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程;确定双馈感应发电机的滑模面并计算对应的切换函数,确定相应的控制律;设计滑模变结构控制器,通过整定控制参数计算对应的控制误差,实现对发电机的控制。实验结果表明:双馈感应发电机采用的直接转矩滑模变结构控制技术在实际应用中超调量较低,控制效果较好。

兆瓦级双馈风力发电机的设计与分析

直冷双馈风力发电机(direct cooled doubly fed wind turbine generator,DCFG)作为风力发电系统中的核心部件,其性能和效率直接影响着整个系统的运行和发电能力。对兆瓦级直冷双馈风力发电机的结构和工作原理进行深入分析,并结合设计理论给出电机精准设计方案,在此基础上,利用有限元方法验证了设计参数的可行性和有效性。仿真结果表明,直冷双馈风力发电机的设计方案切实可行,能够实现风力发电系统高效率运行。

双馈风力发电机组变流器控制参数分步辨识方法

该文通过构建双馈风力发电机组转子侧与网侧控制系统包含8个PI控制器待辨识参数的内、外环传递函数作为参数辨识模型,基于此提出内外环施加不同扰动源的激励方法和基于改进灰狼算法的分步参数辨识方法。为避免内外环PI控制器之间的级联问题,特别选出3个合理的内外环观测量。最后,建立双馈风力发电机组仿真模型,测试所提分步辨识方法可行性,对比扰动下实际模型与辨识模型的观测量输出,证明辨识方法的准确性。

暂态谐波电网下双馈风力发电机建模与控制技术

换相失败、励磁涌流、冲击性负荷等引起的暂态谐波进入电网易造成双馈感应发电机(DFIG)产生变流器过流脱网、机组稳定性破坏等严重后果。为提高暂态谐波电网下DFIG的运行性能,改善其馈入电网的电能质量,首先,建立了暂态谐波电网下DFIG的数学模型;其次,提出了一种基于重复控制调节器的控制策略,在暂态谐波冲击下分别实现了转子电流平衡且正弦和定子电流平衡且正弦的控制目标;然后,分析了所提控制策略的控制性能,包括谐波电压抗干扰性能及控制目标切换后的稳定性能;最后,基于硬件在环仿真平台,对所提控制策略的有效性进行了实验验证。

双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析

针对双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理尚不明确且无法为故障诊断提供理论依据的问题,开展了双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析.首先,结合有限元仿真及解析推导,分析转子匝间短路下双馈异步风力发电机的气隙磁密规律,得到转子所受的不平衡磁拉力;然后,考虑转子不平衡磁拉力的情况下构建双馈异步风力发电机转子-轴承系统非线性动力学模型,利用非线性动力学仿真获取转子匝间短路故障下系统的振动仿真信号;最后,在双馈异步风力发电机故障模拟实验台上进行转子匝间短路故障实验,利用实验分析验证非线性动力学仿真结果的有效性.非线性动力学仿真及实验分析结果均表明,转子匝间短路故障下双馈异步风力发电机转子-轴承系统振动信号的频谱存在转频的谐波成分,通过检测转频的谐波分量可诊断双馈异步风力发电机转子匝间短路故障,有效揭示了双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理.

双馈感应风力发电机组动态模型的分析与比较(英文)

在大型风力发电厂中双馈感应风力发电机组将被广泛应用,深入了解双馈感应风力发电机组动态特性非常必要。文中给出了双馈机组的8阶、5阶和3阶模型。8阶模型包括完整的传动系统模型、定子模型和转子模型;5阶模型包括定子、转子模型和简化的传动系统模型;忽略定子的暂态过程后,3阶模型包括转子模型和简化的传动系统模型。在MATLAB／Simulink软件上实现了3种模型建模。完成了对2种情况的仿真,仿真结果验证了上述3种模型的正确性,并比较了各自的响应特性。仿真结果表明:8阶模型具有最精确完整的响应,但仿真时间最长;3阶模型采用最大程度的近似,但仿真时间最短;5阶模型适合大多数既要求较快仿真速度又要求较高精度的研究。

双定子无刷双馈风力发电机无速度传感器超螺旋滑模直接功率控制

结合新型背靠背笼障转子耦合内外双定子无刷双馈发电机,提出一种无速度传感器直接功率控制方法。将电机内、外同相功率绕组及内、外同相控制绕组各自串联连接,采用超螺旋滑模控制及SVPWM技术,以固定开关频率驱动控制绕组机侧变流器功率器件,以模型参考自适应系统和Popov超稳定性理论设计发电机速度观测器,取代易发生故障的传统机电式转速/位置传感器。通过12/8极50 kW样机控制系统的特性仿真,验证了所提无速度传感器超螺旋滑模直接功率控制策略的正确性和有效性。

一种双馈感应风力发电机低电压穿越的控制策略

电网故障时采用传统的双馈感应风力发电机控制方式,发电机定、转子均会出现过电流等一系列问题,并造成电网故障更为严重。为防止上述情况出现,要求风力发电机必须具备低电压穿越能力。本文根据双馈感应风力发电机电网故障时的运行特点,分析并提出了一种新型电网故障时双馈感应风力发电机转子侧变流器的控制策略,改善了双馈发电机定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网故障时的低电压穿越。在理论分析基础上,建立了双馈感应发电机转子侧低电压控制模型和3kW双馈感应发电机励磁控制的实验系统。实验结果表明,本文提出的控制策略动态响应快,行之有效。

基于双馈感应风力发电机虚拟惯量和桨距角联合控制的风光柴微电网动态频率控制

微电网孤岛模式下的频率稳定性是微电网安全稳定运行的重要保证。为提高微电网频率动态特性,通过在双馈感应风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)中加入虚拟惯量控制环节,增加微电网惯性,释放转子中储存的部分动能为微电网频率提供动态支持;为解决虚拟惯性控制环节加入后转子转速恢复过程中DFIG的有功功率跌落问题,采用桨距角控制,在频率跌落时释放DFIG备用功率,从而弥补转速恢复过程的功率跌落,并减小电网的稳态频率偏差。结合DFIG虚拟惯量特性和桨距角控制,配合柴油机的一次调频功能,有效抑制了负荷变化引起的微电网频率波动。最后在DIg SILENT Power Factory仿真软件中建立含柴油发电机、光伏电池、DFIG的微电网控制模型,验证了所提策略的有效性。

双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略的理论分析与实验研究

分析了电网对称及非对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链的动态过程、电网故障过程中发电机定子磁链对转子的影响。在此基础上,分析了单靠改进转子变换器控制策略实现发电机低电压穿越的条件,提出一种利用软硬件结合的方法实现低电压穿越的控制策略,在电网严重故障时限制了双馈感应发电机定、转子电流,保护了双馈发电机励磁变换器,实现了快速地向电网提供功率支持。建立了双馈感应发电机低电压穿越控制模型和3kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统。实验结果表明,本文提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效。

双馈感应风力发电机功率控制器的建模与仿真

基于双馈感应发电机(DFIG)3阶机电模型研究了功率解耦控制,以3个方程的形式完整地设计了功率控制器,在保证有功、无功控制效果的前提下大大简化了控制器结构,使其易于在各种编程环境下实现,便于在国内大型电力系统分析软件中进行DFIG模型的开发。在MATLAB环境下实现了DFIG及其控制器的完整模型,并与MATLAB/Simulink自有模型进行仿真对比,验证了其正确性和可行性。最后验证了所提出的模型在系统级仿真分析中的实用性。

双馈感应风力发电机的参数辨识分析

双馈感应发电机(DFIG)是当前国内外风力发电机(WTG)的主流机型。要研究大规模风电并网对电力系统的影响,必须要有准确的风力发电机和风力发电场的模型及参数。关于模型结构目前已有较多的研究成果,但是有关获取模型准确参数的研究却极少。为此,研究了双馈感应风力发电机的模型参数的辨识方法。首先通过研究各个参数的轨迹灵敏度相位来判断其可辨识性,发现除定子电抗和转子电抗不可以同时辨识外,其它参数均可以唯一辨识。然后通过分析可辨识参数的时域、频域灵敏度大小以及灵敏度曲线的形状来判断辨识的难易度,确定需要重点辨识的参数为定子电阻、定子电抗、励磁电抗和转子电阻。最后设计了基于蚁群优化算法的双馈感应风力发电机参数辨识方法,在Matlab/Simulink环境中搭建了仿真系统并验证了该辨识方法的有效性。

双馈感应风力发电机组复合频率控制策略研究

双馈感应风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)现有的基于最大风功率追踪的控制策略不能对系统频率的变化作出响应。大量基于DFIG的风电场并入电网并取代传统的同步发电机组,将降低系统的频率控制能力。首先分析了风力发电穿透率对系统频率控制能力的影响;其次研究了DFIG附加'虚拟'惯性控制环的频率响应,分析了桨距角控制参与系统一次调频的能力;最后设计了一种新的复合频率控制方法,该方法通过'虚拟'惯性控制和桨距角频率控制的共同作用,降低了系统频率的初始变化率及稳态偏差。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

电网电压对称跌落下的双馈感应风力发电机磁链有源衰减控制

双馈感应发电机定子与电网直接相连,容易受到电网扰动的影响甚至造成故障停机。电机参数决定了系统具有欠阻尼特性,在电网电压扰动下的磁链暂态振荡时间较长,不利于低电压穿越期间实现快速无功补偿。本文基于双馈感应发电机定转子磁链4阶状态方程,通过求解系统特征根的方法重点分析了定子暂态磁链的衰减速率及其影响因素,提出了一种转子侧变流器磁链有源衰减的改进控制策略,合理控制转子电流加快暂态磁链衰减并消除磁链振荡。仿真和实验结果说明改进控制策略对暂态磁链衰减和降低转子过电压和过电流的良好效果,验证了理论分析的正确性和改进控制策略的有效性。

双馈感应风力发电机网侧变换器低电压穿越控制策略

电网故障时风力发电机的各种运行状态对电网稳定性的影响,特别是双馈发电机的低电压穿越问题已成为研究热点。本文根据电网故障发生及排除时,双馈感应风力发电机双PWM励磁控制器中网侧变换器的响应特性,提出一种网侧变换器低电压穿越的控制策略。该方法在电网故障发生及排除时,通过改变调制电压信号,抑制交流输入电流大幅度改变,达到稳定直流母线电压的目的。实验结果证明本文提出的方法能快速调节直流母线电压,使之趋于平稳,并且在电网故障时,使转子电能快速通过网侧变换器输送到电网。

准稳态转子感应电势定向的双馈调速风力发电机的研究

考虑到风力发电机系统当中风轮机的转动惯量较大,不要求快速的动态响应。该文针对双馈发电机提出了一种结合稳态的分析与瞬时采样定向和控制的方法,称为准稳态转子感应电势定向的控制方法。在转子感应电势的定向当中使用了线性相位有限长脉冲响应数字滤波器,在控制中只需要检测转于侧电流电压,构成了结构简单的无速度传感器双馈电机的控制系统。实验验证了该方法的正确性和实用性。

电网谐波条件下双馈感应风力发电机的建模与控制

从电网谐波条件下双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器的控制入手,通过严格的理论推导,构建了正转同步速(dq)+参考坐标系、反转5倍速(dq)5-和正转7倍速(dq)7+参考坐标系下基于定子磁链定向的DFIG数学模型。通过重新定义这种运行条件下的定子有功、无功功率及电磁转矩,分析和解释了它们产生波动的原因;进而提出4个可供选择的控制目标,给出相应的转子基波和谐波电流指令算法,设计了正转(dq)+坐标系下由单比例—积分(PI)调节器和谐振频率为6倍电网频率的单谐振(R)调节器构成的新型PI-R电流控制器,避免了复杂的相序分离处理和相应的时延影响,实现了对转子电流5次、7次谐波分量的动态抑制。对1台2MW商用DFIG风力发电机组的仿真研究表明,所述控制方法能显著消除电网谐波条件下DFIG运行时瞬时功率的波动和转矩的脉动,验证了所提出的DFIG数学模型的正确性和改进控制方案的有效性。