极弧系数与极槽配合对直驱永磁同步发电机齿槽转矩的影响

为了削弱直驱永磁同步发电机的齿槽转矩,根据其结构特点,研究了极弧系数和极槽配合对齿槽转矩的影响。首先,采用解析法确定了对齿槽转矩有影响的气隙磁密平方的傅里叶分解系数,并得到了傅里叶分解系数与极弧系数的变化函数关系,进而分析了极弧系数对齿槽转矩的影响,然后用有限元法对不同极弧系数下的齿槽转矩进行了计算,验证了解析法的正确性,最后,通过24台样机的设计数据,分析总结了不同极槽配合对齿槽转矩的影响规律。结果表明,合理选取极弧系数和极槽配合,可以有效削弱永磁同步发电机的齿槽转矩。

基于直驱永磁同步发电机并网风电场参与电力系统电压控制的调整

运用连续潮流计算的PU曲线法,对基于直驱永磁风力发电机(D-PMSG)并网风电场参与电力系统电压控制调整进行了研究。针对风电接入地区电网电压出现偏高或偏低的运行工况,通过调整D-PMSG网侧变频器的不同控制策略,使D-PMSG并网风电场发出或吸收一定的无功功率,最终使风电接入地区的电网电压在允许的偏差范围内,符合电网的相应规程。通过对新疆某地区电网进行仿真计算,根据绘制的D-PMSG构成的风电场参与电网电压调整控制前和控制后风电场升压站、公共接入点及地区电网重要变电站的PU曲线结果表明:通过调整D-PMSG风电场的控制策略,能有效改善含风电地区电网的静态电压稳定问题。

多直驱永磁同步发电机并联风电场次同步阻尼控制器降阶设计方法

多直驱永磁同步发电机(PMSG)并联风电场并网电力系统中可能出现次同步振荡现象。为了保证系统稳定运行,提出了一种多PMSG并联风电场次同步阻尼控制器降阶设计方法。文中次同步阻尼控制器以风电场集中母线电压幅值为输入信号,并将输出信号分配到风电场中每台PMSG电网侧换流器控制回路上,次同步阻尼控制器参数在多PMSG并联风电场并网系统降阶模型的基础上由全局搜索算法优化得到。次同步阻尼控制器降阶设计方法可以降低状态矩阵维度,大大减少参数优化时间。最后,基于Matlab软件对20台PMSG并联风电场并网电力系统进行模态分析和非线性仿真分析,结果显示,降阶设计的风电场次同步阻尼控制器在不同场景下均能够抑制多PMSG并联风电场次同步振荡,提升系统的稳定性。

半直驱中速永磁同步发电机轴承发生微电流腐蚀的故障诊断分析

轴承滚道形貌出现“搓衣板”纹路的故障模式是风电机组常见的主要故障之一。针对半直驱中速永磁同步发电机轴承发生微电流腐蚀故障,首先通过在线监测系统采集发电机轴承运行时的振动信号,然后对振动信号故障特征进行提取与诊断分析,研究和复现轴承滚道微电流腐蚀的失效模式和故障发展历程,最后同步验证抑制轴电流的措施的有效性,以此保障风电机组健康可靠地运行。分析表明:该故障风电机组的发电机轴承滚道出现的“搓衣板”纹路并非轴承的主要失效模式,而是轴承滚道发生二次损伤的表现。随着时间推移,轴承滚道出现的损伤(浅坑)纹路逐渐重复叠加并变得更加清晰,说明该发电机的主要失效模式为轴承微电流腐蚀。

直驱永磁同步平流水发电机控制系统设计及试验研究

为适应乡村小水电的绿色环保发展,在研究网侧及机侧控制算法模型的基础上,设计一种基于永磁同步电机的水力发电机控制系统,能够适应平流水发电水流变化、转速不稳定等外部环境的变化,提高发电机组的效率。通过设计一套37 kW的实验用发电机组及控制系统,在现场对相关功能进行了实验测试,验证了控制系统能够实现发电机宽转速、高效率的并网发电,满足平流水发电的现场实际控制要求。

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。

基于变桨距和转矩动态控制的直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制

风能的不确定性以及风轮机自身特性使风力发电机输出有功功率随风速变化而波动,影响风电机组输出电能质量,严重时还会影响电网运行稳定性。在分析变桨变速直驱永磁同步风力发电机运行特性的基础上,提出了在全风速范围内结合风力机变桨控制和发电机变速控制的发电机有功功率平滑控制策略。考虑到风能的随机性及直驱风能发电系统很强的非线性,设计了基于模糊理论的变桨距控制器和发电机转矩动态滑模控制器。对一台采用该控制策略的直驱永磁同步风力发电机的运行行为进行仿真研究。结果表明,提出的模糊变桨距控制能有效控制发电机转速运行范围,动态滑模控制能使发电机输出平滑的有功功率。与传统最大风能跟踪控制策略相比,所提出的控制方案能有效降低直驱永磁同步风力发电机输出有功功率的波动,控制发电机转速运行范围。

变结构控制策略在直驱永磁同步风力发电机中的应用

根据直驱永磁同步风力发电机的结构特点,采用双脉宽调制变流器作为其并网主电路。考虑到永磁同步发电机的数学模型在dq坐标系下是一个非线性耦合系统,不利于控制器的设计。提出了采用逆系统方法将原系统进行线性化解耦,构造出其伪线性系统模型,再运用变结构控制理论设计伪线性系统的闭环控制器。建立了基于此控制策略的仿真模型并与PI控制进行比较。仿真结果表明,该控制策略可实现发电机输出有功功率的准确控制、并网有功功率和无功功率独立调节以及变速恒频运行。变结构控制与PI控制相比,动态响应速度快、鲁棒性好。

直驱永磁同步风力发电机侧系统建模及仿真

为深入研究直驱永磁同步风力发电机组的高性能控制,研究了直驱永磁同步发电机侧系统构成、原理及建模方法,分析了风力机与永磁同步发电机、电压空间矢量(SVPWM)整流原理及其建模,基于双闭环PI控制搭建了机侧系统仿真模型。通过仿真与分析,证明了双闭环PI控制策略在4种不同风速下实现最大功率追踪的可行性。该系统模型的建立为机组高性能控制的研究打下基础,对于深入理解直驱永磁同步风力发电系统运行原理及推广应用具有重要意义。

直驱永磁同步风力发电机的控制器设计

推导出了永磁同步发电机在dq坐标系下的数学模型。根据直驱永磁同步风力发电机的结构特点,将滑模变结构控制理论应用于直驱永磁同步风力发电机中,设计出了速度环的变结构控制器,实现了发电系统的最大风能跟踪控制。最后,建立了基于Matlab的仿真模型并进行了仿真分析,仿真结果表明所设计的控制器具有良好的控制性能和鲁棒性。

直驱永磁同步风力发电机控制策略的研究

与双馈交流励磁风力发电系统相比,直驱永磁同步风力发电系统具有结构简单、发电效率及运行可靠性高等优点。本文利用电力系统仿真工具PSCAD/EMTDC为基础,建立了1.5MW直驱永磁同步风力发电系统的仿真模型;在低于额定风速下,研究了最佳叶尖速比控制策略下直驱永磁同步风力发电系统的特性,采用空间矢量调制方法实现了风力发电机最大风能跟踪的控制;网侧变换器并网实现了变速恒频和有功功率与无功功率的解耦控制;最后对仿真结果进行分析,验证了控制策略的正确性。

直驱式永磁同步风力发电机双模功率控制策略的仿真研究

在分析变桨距执行机构动作滞后及变桨速度限制带来的功率波动问题基础上,针对直驱式永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)系统,提出全风况下结合变桨距控制的双模功率控制策略。低于额定风速时,采用基于转速反馈的最大风能跟踪控制;高于额定风速时,根据发电机额定功率和即时转速设定参考电磁转矩,将发电机输出有功功率限定在额定值附近;并给出了双模控制系统中2种控制模式之间平滑切换(smooths witching)的具体规则。对双模功率控制策略下的一台2MW直驱式PMSG系统进行仿真研究,验证了该控制策略的正确性和有效性。相对于采用传统控制策略的直驱式PMSG系统,该控制策略能够在额定风速以上获得更为平稳的有功功率输出。

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。

直驱永磁同步风力发电机无位置传感器控制

为了在无位置传感器的情况下,实现对直驱式永磁同步风力发电机的矢量控制,研究用简化卡尔曼滤波器进行电机转子位置和转速估计的方法。选取转子位置和转速作为状态变量,两相定子电流作为输入,建立了基于简化卡尔曼滤波器的永磁同步发电机状态估计离散模型,采用转子磁场定向的控制策略,实现了无位置传感器矢量控制。仿真结果表明:这种方法能够准确估计出电机的转子位置和转速信息,动静态性能良好,并基于此实现了最大功率追踪控制。

并网型直驱式永磁同步风力发电系统暂态特性仿真分析

为了研究并网的大容量直驱式永磁风力发电系统的暂态特性,基于Matlab建立了风速、风轮机、直驱式永磁同步发电机的模型;研究了直驱式风力发电系统全功率双脉宽调制变流器的控制策略及桨距角控制系统。以含风电场的简化电网为例研究了风电场接入电网后,电网电压降落及风电场附近母线发生单相短路、三相短路接地故障时,直驱式永磁风力发电系统的暂态特性;仿真结果表明电网故障时,直驱式永磁风力发电系统可以进行无功功率控制,对电网电压的恢复有积极作用,不向短路点提供短路电流,确保风电系统连续运行,提高了电力系统的安全稳定性。

直驱式永磁同步风力发电机交错并联网侧变流器环流控制策略

对采用平均模型对交错并联拓扑下的直驱式永磁同步风力发电机网侧变流器的环流问题进行了研究的同时,对三相电流在旋转坐标系下的零序分量的控制策略进行了深入分析,并从抑制环流的目的出发提出了在传统SVPWM调制算法基础上增加一个零序电流环的控制策略。仿真与实验结果验证了策略的可行性与正确性,表明提出的交错并联拓扑下的网侧变流器环流抑制策略具有较好的控制效果。

考虑输入饱和的直驱式永磁同步风力发电系统最大功率跟踪控制

针对具有大转动惯量、模型参数不确定性的直驱永磁同步风力发电机,为解决风机变流器输入饱和约束引发的控制稳定性问题,利用Lyapunov稳定性理论,提出一种同时考虑输入饱和与损耗转矩参数不确定性的自适应转速控制策略,使风机在低风速阶段快速跟踪最大功率点,提高对风能的捕获效率。仿真验证所提出控制器的有效性,结果表明,在系统出现输入饱和情况时,考虑饱和输入的自适应控制方法可以保证系统稳定,具有响应速度快、超调量小的优点,保证了转速跟踪的效果,实现最大风能跟踪的控制。

基于有限元方法的大型永磁直驱同步风力发电机电磁场计算

用有限元软件和电磁场知识对1.2MW永磁风力发电机建模,计算了发电机的静、瞬态磁场。研究了发电机静态气隙磁场的分布,通过傅里叶分解,得出了气隙磁密基波和高次谐波。采用转子斜极方法消除高次谐波,得到了转子斜极改善磁密分布的实际效果。对于瞬态磁场,采用电路分析方法,根据有限元方法的电路耦合功能,得出了发电机磁场和电势波形。结合实验数据,对比了静、瞬态磁场计算结果,分析了数据产生偏差的原因,验证了理论分析的正确性和有效性。

基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电机组建模与仿真

直驱永磁同步风力发电(D-PMSG)系统无变速箱,效率高,稳定性好,能获得质量较好的电能,通过变换器与电网相连,可灵活控制系统的电压和频率,能够对输出的有功功率和无功功率进行相对独立的控制。文章利用电力系统分析软件DIGSILENT/Power Factory,在建立D-PMSG和双PWM变换器模型的基础上,结合典型算例系统结构进行了仿真分析,验证了所建模型的正确性。

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。