并联背靠背PWM变流器在直驱型风力发电系统的应用

直驱型风力发电系统需要全功率变流器,在现有器件功率水平以及开关频率等诸多因素制约下,变流器直接并联的方式具备结构简单、模块化设计、易扩展的优点。文中通过有效的控制,使并联运行达到了大电流输入的要求,并将基于载波相移技术的背靠背脉宽调制(PWM)变流器应用在直驱型风力发电系统中,开关频率仅为1 kHz。实验表明,在提高等效开关频率、改善输出电流波形的同时不会带来环流问题,这在风电系统的全功率变流器中具有重要意义。

直驱型多相永磁同步电机转矩脉动及损耗特性

与普通三相电机相比,直驱型多相永磁同步电机具有相数多、极槽匹配与绕组排布多样、中性点连接与PWM控制方式多样等特点,这使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能也具有一定的特殊性。因此,有必要对其主要性能进行细致的研究:本文分析了电机转矩脉动及损耗与谐波磁场的关系;采用有限元软件Ansoft对目标电机进行建模,研究了直驱型多相永磁同步电机特有因素(相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组排布)对电机转矩脉动及损耗的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数、合理的选择中性点连接方式,可以有效地减少电机磁场谐波含量,降低电机的转矩脉动及损耗。

直驱型多相永磁同步电机定子磁动势与气隙磁密特性分析

直驱型多相永磁同步电机由于相数多、采用分数槽绕组结构、电机的中性点连接与PWM控制方式多样等特点,使得电机绕组电流与磁场谐波含量极为复杂,电机性能与普通三相电机相比有较大区别,因此,有必要对其电磁特性进行细致的研究。该文建立了直驱型多相永磁同步电机定子绕组磁动势数学分析模型,给出了详细推导过程。研究了电机绕组电流和磁动势的影响因素:相数与供电方式、中性点接法、极槽匹配与绕组分布。全面分析了以上因素对直驱型多相永磁同步电机电流及磁场的影响。研究结果表明,增加电机的相数和极槽数,合理的选择中性点连接方式,可以有效减少电机的谐波含量,提高电机的性能。

兆瓦级直驱型永磁风力发电机无位置传感器控制

针对兆瓦级永磁直驱风力发电机的特点,采用一种基于U-I模型转子磁链位置观测的无传感器零d轴电流控制技术。详细介绍了该控制技术的实现原理,深入分析了基于坐标变换的带饱和反馈双积分器特点,最后通过仿真和2MW背靠背双PWM永磁直驱风电变流器的实验样机,验证了其有效性。结果表明,该方法具有较好的稳态与动态性能且工程实现较为简单。

直驱型变速恒频风力发电系统的独立直流母线并联策略

为了提高直驱型变速恒频风力发电系统的功率等级,提出一种多组变流器相互并联且直流母线相互独立的并联策略。针对零序环流问题,分别在三相静止坐标系和同步旋转坐标系下进行了分析,得出了所采用拓扑的数学模型及等效电路,揭示了零序环流产生的根本机理,即它是由并联变流器之间三相占空比零轴分量的不一致及直流母线电压的不一致造成的,并证明了机侧零序环流与网侧零序环流是互相耦合的,进而设计了零序环流控制器,很好地抑制了零序环流,解决了不均流、三相电流畸变等问题。最后对一组直驱型风力发电实验平台进行了仿真及实验验证,证明了上述分析及控制策略的正确性。

直驱型永磁风力发电系统的电网同步化方法研究

在直驱型永磁风力发电系统中,快速准确的相位同步检测是矢量控制和功率因数调节的基础;但该系统中网侧变流器的电网电压同步信号易受电网电压不对称和畸变的干扰。将一种新型锁相环应用于直驱型永磁风力发电系统的相位同步检测中,该锁相环以软件方式实现,通过全通滤波器和简单数学运算分离出不对称电网在dq同步旋转坐标下的正序分量,同时为减少高次谐波的影响加入了低通滤波器。仿真和实验结果均验证了该方法应用于直驱型永磁风力发电系统的有效性。

直驱型风力发电系统变流器的控制与仿真分析

将具有良好耐压性能的背靠背二极管箝位式三电平拓扑结构引入直驱型风力发电系统,研究了一种新的高压大容量变流器.在分析该变流器中所采用的拓扑结构的数学模型及整流与逆变侧控制策略的基础上,运用MATLAB/Simulink模拟了该变流器在风速变化引起风机最大功率点偏移时的工作情况.仿真结果表明,采用该拓扑结构变流器具有良好的动态及稳态性能,能够较好地满足当前直驱型风电系统中变流器电压等级与容量不断增大的需求.

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。

兆瓦级直驱型风力风电变流系统的设计

在综合比较当前适合直驱型风力发电机组的各种变流电路的基础上,提出了一种兆瓦级直驱型风力发电变流系统的设计结构,即采用不控整流+升压斩波+SPWM逆变的变流器将电机发出的电能转换为可接人电网的恒频恒压的交流电;详细介绍了直驱型风力风电系统的组成结构及其变流系统的控制原理,给出了一种在考虑现有开关器件功率水平的情况下符合大功率直驱并网型风力发电机组要求的变流电路拓扑结构,并给出了相应的主要部分的具体应用电路。

结合MRAC和PLL的半直驱型风力发电系统的无速度传感器控制

为简化系统结构、提高系统可靠性,研究了半直驱型风力发电系统(MT WTGS)的无速度传感器控制策略。建立了包括风力机、机械传动链、永磁同步发电机在内的MT WTGS机侧部分数学模型。针对速度传感器故障率高、易受干扰等问题,提出了结合模型参考自适应控制(MRAC)和锁相环(PLL)的无速度传感器控制策略;该控制策略利用模型参考自适应系统来估计发电机的转速和转子位置,利用锁相环来估计发电机转子的初始位置。仿真和实验结果表明,该控制策略能够快速准确地估计永磁同步发电机的转速和转子位置,实现了永磁同步发电机的无速度传感器矢量控制,具有与采用常规速度测量手段的控制技术相媲美的控制效果。

傅氏分析反步法直驱型海浪发电系统功率优化控制

为研究波浪发电系统最大波浪能捕获问题,根据浮子的水动力方程和永磁同步直线电机的状态方程,建立了振荡浮子直驱式波浪发电系统的数学模型。提出等效电路图法模拟浮子的水动力模型。针对随机海浪波,采用傅里叶分析法将波浪发电系统分解为多个频率的正弦子系统,分别构造最大功率传输条件实现最大波浪能捕获,优化了传统的控制方法。采用反步法设计控制律,构造Lyapunov函数跟踪发电机状态。仿真结果表明,采用反步法可实现发电机状态的紧密跟踪。在随机波的条件下,所提傅氏分析法对传统算法的优化效果明显,提高了波能转换效率,结合反步法控制发电机可实现最大波浪能捕获,具有一定的实用性。

基于低通滤波补偿积分器的直驱型永磁风力发电机无位置传感器控制

针对永磁直驱风力发电机的特点,本文采用一种基于低通滤波补偿积分器的无位置传感器零d轴电流控制技术.在论述该控制技术实现原理的基础上,深入分析了低通滤波补偿积分器特点,最后通过仿真和小功率直驱型永磁风力发电实验平台,验证了其有效性.结果表明,该方法具有较好的稳态与转矩动态响应性能,且工程实现较为简单.

直驱型电动舵机中永磁容错电机设计

为了提高直驱型电动舵机的可靠性和容错性、减小直驱型电动舵机的体积和重量,设计具有容错能力的电机。分析直驱型电动舵机中电机的容错性,设计了满足容错需求的三相24槽20极表面式永磁同步电机,对电机尺寸参数进行优化,建立该电机的有限元仿真模型,并对其开路和短路故障进行有限元仿真分析。有限元仿真结果表明,所设计的电机具有很强的磁隔离和故障隔离能力,能够满足直驱型电动舵机的容错性需求。

直驱型机电作动器中永磁容错电机非线性模型研究

针对直驱型机电作动器中永磁容错电机存在饱和凸极效应的特点,建立三相12槽10极永磁容错电机非线性数学模型。将电机绕组磁链分为定子电流和转子磁极产生的磁链两部分,把转子磁极产生磁链等效为随转子位置变化的等效电流产生磁链,将电感表示为绕组总电流函数。辨识电机非线性磁链模型,在此基础上得出永磁容错电机非线性模型参数,在Matlab/Simulink中建立永磁容错电机非线性数学模型,并进行仿真分析。最后,利用有限元法和实验验证永磁容错电机非线性数学模型的有效性。此模型可推广到其他永磁容错电机中,可以为永磁容错电机无传感器控制设计提供参考,对提高直驱型机电作动器可靠性很有帮助。

直驱型风力发电系统交错并联升压斩波器的设计与控制研究

对直驱型风电机组交错并联斩波器的控制和设计中的关键问题进行了较为深入的分析,得出了基于最大功率跟踪(MPPT)算法的斩波器输入电流指令解析表达式;给出了N重交错并联升压斩波器纹波电流的统一表达式,并基于此得到了滤波电感的设计准则;对1.2MW直驱型风力发电全功率并网变流机组进行了全面的仿真,仿真结果验证了提出的控制和设计方案的正确性,具有一定的实用价值。

12脉波整流电路在直驱型风力发电系统中的应用研究

描述了适用于直驱型风力发电系统整流变换的12脉波整流电路。该电路拓扑中采用两个六脉波整流桥串联,并通过移相变压器实现12脉波输出。其交流侧可以得到THD值小于3%的正弦电流。该拓扑结构只使用无源器件,并且在达到同样性能的前提下比其他整流电路所用器件少很多,降低了成本。此外,与其他多脉波整流器相比,可以附加一个额外的低功率谐波注入电路以提高该拓扑结构抑制谐波的性能。

直驱型同步风力发电机组最优功率控制

以直驱型同步风电机组为研究对象,建立了机组各个组成部分的数学模型。在此基础上利用MATLAB/Simulink搭建了基于全功率变流器的并网直驱型同步风电机组的仿真模型,研究了使机组运行在最优功率状态下的综合控制策略,利用所建模型进行了最优功率控制思路的验证。仿真结果表明了所建立模型的正确合理性,在此基础上的最优功率控制方法也是有效的,为以后对风电机组运行控制更进一步的研究奠定了基础。

基于特征电流的直驱型风机故障诊断技术研究

直驱型风力发电机结构简单,在风电尤其是海上风电市场中占了较大比重,但在恶劣的运行环境下,对其进行故障诊断已成为技术难点。文章讨论了直驱型风机的结构,分析了由故障振动信号到故障电流信号的传递机理,归纳了直驱型风力发电机组常见故障和故障电流特征频率,最后通过仿真分析证明了对风机电流信号进行希尔伯特-黄(HHT)变换分析能实现对风机轴承油膜涡动、转子不平衡、定子绕组故障等各类型故障的诊断。

直驱型风力发电新型并网变换器控制策略研究

Buck-Boost矩阵变换器(BBMC)因具有优良的电气特性而适于作为直驱型风力发电系统的并网变换器,并就相应的并网控制策略进行研究。阐述了该变换器的基本工作原理,建立了其网侧变换器基于局部平均值的数学模型,在此基础上提出了以电网电压为参考的双闭环并网控制策略,并利用MATLAB对其控制效果进行了仿真验证。结果表明:无论BBMC输入侧电压与频率如何变化,其输出电压都能准确地跟踪电网电压的变化,且直接输出高品质的正弦波而无需滤波环节,谐波含量小,从而达到了并网控制的基本要求,具有一定的应用价值。

VACON变频器在直驱型风力发电系统独立变桨中的应用可行性分析

直驱型风力发电系统是一种应用前景看好的变速恒频风力发电方案,为提高风能的利用率和风力发电经济效益,提高系统稳定性降低维修成本,迫切要求对风力机进行独立变桨控制。本文介绍了直驱型风力发电系统的拓扑原理和风力机的特性曲线,并以基于同步电动机的变桨执行机构为平台,介绍了Vacon NX型变频器的控制功能,并对其在独立变桨场合的应用可行性进行了分析,由Vacon NX系列变频器的各项参数和性能指标可知,其应用于变桨控制中是可行的,是实现高效、可靠独立变桨控制的良好途径之一。