基于粒子群算法的超导陀螺转子控制优化设计

为了提高超导陀螺转子控制系统的动态性能,进行了超导陀螺转子控制的优化设计。首先,设计了超导陀螺转子控制系统的控制回路;然后,用粒子群算法对控制系统中的控制器参数进行了优化。仿真结果表明,优化后的超导陀螺转子控制系统的动态性能有了明显的改善。

基于转子动能释放的风电并网系统非线性频率控制策略研究

近年来风电在电力系统中的渗透率不断提高,导致电力系统惯量降低,电网的频率稳定面临巨大挑战。针对上述问题,该文提出基于转子动能释放的风电并网系统非线性频率控制策略。首先,选择风机功率参考曲线的修正系数作为控制信号,并根据风电机组参与电网频率调节的数学模型建立仿射非线性系统;其次,基于部分线性化最优控制原理将系统变换为一个二阶Brunovsky标准型,求得非线性控制律,从而避免近似线性化产生的问题;最后,引入转子速度函数以及转速恢复函数,避免风机转速的过度下降并完成风机转速的恢复,且不需要控制环节的切换。通过MATLAB/SIMULINK搭建含风电系统进行仿真验证,结果表明,转子动能非线性策略较其他策略在释放更少动能的情况下取得了更优的调频效果,提高了电网的频率稳定性。

基于转子动能调节的风电输出功率平滑控制策略比较与改进

湍流风况下,基于传统最大功率点跟踪模式控制的风电机组输出功率剧烈波动,会对电能质量及电网稳定造成负面影响,而通过调节风电机组转子惯性动能可平滑快速波动的输出功率。文中从风电机组转子惯性动能控制的关键参数功率参考值出发,通过建立系统传递函数,比较现有文献中提出的两种转子动能控制方法,即一阶滤波法和二阶滤波法,分析功率平滑控制的机理。在此基础上,提出了一种基于模糊控制器的新型变参数二阶滤波器转子动能控制策略。通过模糊控制器在线调整滤波参数,提升了在强湍流风况下的风电输出功率平滑效果,且有效避免了转速越限造成的电磁功率突变。最后,仿真与实验结果表明了所提转子动能控制策略相较于传统方法具有更好的功率平滑能力。

计及风力发电机转速安全约束的DFIG一次调频模型预测控制策略

针对传统方法控制双馈感应发电机(DFIG)的调频效果过于依赖参数整定的问题,该文提出了一种基于模型预测控制(MPC),计及转速安全约束的风力发电机参与一次调频控制策略。该方法结合风力发电机动力学模型与频率响应模型建立预测模型,通过线性回归方法变参考值将风力发电机转速的稳定性纳入考虑。相较于虚拟惯性控制等方法将系统频率偏差与转子动能直接关联,该文方法通过建立全新的预测模型,实时统筹考虑整个系统的状态信息,无需反复调整参数,在考虑转速安全性的同时兼顾全局性能。最后,通过实际算例分析验证了该文调频策略的有效性以及相对现有方法的优越性。

考虑直压波动的双馈风机转子侧改进控制的研究

双馈风力发电机(以下简称双馈风机)在传统转子侧矢量控制中,控制的前提是默认直流母线电压(以下简称直压)恒定,而没考虑其波动。当直压波动时,对象模型中的功率也会随之波动而导致输出不平稳,同时,在工程实际中,为保证直压的稳定,一般采用较大的电容,会造成较大的成本消耗。因此本文提出针对直压波动的转子侧改进控制算法,引入前馈控制,消除直流母线电压波动造成的影响,保证直压波动情况下对象模型功率的稳定输出,且运用改进控制后,可降低电容容量,节约工程成本。最后基于PSCAD/EMTDC仿真对所提出的改进控制策略进行仿真验证,与传统控制策略进行对比分析,结果表明:本文提出的转子侧改进控制策略控制精度高,响应迅速,在直压波动时可降低功率的波动,输出更平稳,验证了所给控制策略的正确性及有效性。

基于虚拟电容与转子转速控制的双馈风电机组稳定性研究

传统双馈风力发电机组因自身特性,缺乏类似同步机组的惯量响应能力,会减弱系统在运行过程中的抗扰动能力,使电网稳定性受到挑战。本文根据变流器特性,建立变流器直流母线电容电压与变流器有功功率偏差以及转子转速响应的函数模型,提出一种基于变流器直流母线电容电压变化的虚拟电容控制以及转子转速协同控制策略,最后在软件中验证策略的可行性。仿真结果表明,在不同工况下,该协同控制策略能增强双馈风力发电机惯量响应能力,提高转子稳定速度,降低变流器母线电压与有功功率变化幅度,稳定机组输出。

孔板对三转子式比例控制器影响的试验研究

为减少比例控制器三路入口压力差异对其配比精度的不利影响,设计3款节流孔板分别加装在三转子式比例控制器的三路入口,试验研究定流量、变流量和三路入口压力差异工况下节流孔板对三转子式比例控制器配比精度的改善效果。结果表明:定流量工况下,比例控制器加装孔板后各流量工况点间的配比比例更为接近;变流量工况下,比例控制器的配比比例较为稳定,其加装孔板后更加接近理论设计值;三路入口压力差异对比例控制器的配比比例具有显著影响,其加装孔板后配比精度明显提高,有效削弱了入口压力差异带来的负面影响。研究成果为进一步提高三转子式比例控制器的配比精度提供了新的思路和方案,也为其工程应用推广奠定了技术基础。

离网型双馈风力发电机组控制策略研究

本研究首先分析了离网型风力发电机组的数学模型,以及转子侧变换器、定子侧变换器的数学模型。然后根据数学模型,在转子侧变换器推导了直接电压矢量控制,其控制目标为定子侧的输出电压的幅值与频率;在定子侧变换器推导了基于定子电压矢量定向的矢量控制,采用电压平方外环、电流内环的双环控制,其控制目标为直流母线电压。为验证该控制策略,搭建了仿真模型,仿真结果显示,该方法能够实现离网型双馈风力发电机组输出稳定的电压。

基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案

针对传统转子动能控制的转速恢复过程对频率响应的不利影响,提出了一种基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案。该方案通过引入恒定附加功率,使双馈风电机组在释放转子动能后稳定运行在较低转速,待系统频率恢复稳定后再进行转速恢复,从而达到改善频率响应特性的目的。基于MATLAB/Simulink搭建了含双馈风电机组的四机两区域仿真模型,并对所提方案进行了仿真验证。仿真结果表明,相比于传统的转子动能控制方法,所提出的改进方案能有效改善转速恢复对频率响应的不利影响,提升风电机组参与系统调频的效果。

无轴承异步电机的转子磁场定向控制

由于无轴承异步电机是一个强耦合的复杂非线性系统,因此其所采用的基于转矩绕组气隙磁场定向的控制算法存在着一些局限性,诸如控制运算量较大、固有的最大转矩限制以及难于实现自适应控制等。基于此,提出了一种基于转矩绕组转子磁场定向的控制算法。由于转子磁场定向控制的引入,调速性能得以保证,而且使用中更具灵活性(如便于实现自适应控制等)。另一方面,径向悬浮控制所需的转矩绕组气隙磁链值可以在转子磁场定向控制的基础上通过系统辨识获取,这样转子稳定的悬浮也能同样得到保证。实验证明了文中提出的控制算法的有效性。

计及转子电流控制动态的双馈电机电磁暂态过程解析研究

为准确将转子电流闭环控制动态包含在DFIG电磁暂态的解析计算中,同时又可使解析计算过程有着明确的物理意义,提出转子侧等效控制分量的概念。基于此,将整个电磁暂态响应分解为虚拟稳态、定子侧故障分量零状态响应以及转子侧控制分量零状态响应,进而获得电磁暂态过程的准确解析解。并据此对暂态特性进行讨论,所得解析结果能较准确地描绘DFIG的电磁暂态过程。最后通过仿真验证解析算法的有效性及解析结果的准确性。

解耦辨识双馈风电机组转子侧控制器参数的频域方法

转子侧控制器主导了双馈风电机组的动态,对其进行准确建模至关重要。针对转子侧控制器模型结构复杂、存在相互影响的问题,推导了转子侧控制器的解耦模型。基于该解耦模型,提出通过在输入信号的参考值上施加伪随机信号,根据输入信号和输出信号的自功率谱和互功率谱,辨识转子侧控制器各参数。与灵敏度比较发现,参数辨识精度与灵敏度结果一致。最后指出:即使转子侧控制器内环参数的辨识精度偏低,也基本不影响对双馈风电机组机电暂态过程的分析。

无轴承永磁同步电机的转子磁场定向控制研究

无轴承永磁同步电机由于功率密度大、转矩脉动低等优良特性受到了高度重视。文中针对一类表面贴装式无轴承永磁同步电机,详细推导出径向悬浮力表达式,建立了准确的数学模型。针对电磁转矩和径向悬浮力之间耦合的特点,采用了基于转子磁场定向的控制策略来实现这类无轴承永磁同步电机的非线性解耦控制。实验证明了该控制算法的有效性。该控制算法对插入式转子结构和内装式转子结构的无轴承永磁同步电机的控制系统设计具有一定的借鉴作用。

基于改进型ADRC的永磁同步电机转子位置角控制方法

为了实现永磁同步电机(PMSM)转子位置角的快速、精确控制,提出一种基于改进型自抗扰控制技术(ADRC)的新型位置角控制策略。首先设计一个原点周围平滑性和连续性更好的新型非线性函数。基于该非线性函数设计了转子位置角控制系统的改进型扩张状态观测器(ESO)和改进型非线性误差反馈控制律(NLSEF)。改进型ESO用来观测位置角控制系统的内部状态和扩张状态,扩张状态由非线性因素、内部模型不确定性和外部扰动组成。改进型NLSEF用来抑制残余误差,提供最优位置控制律。最后对基于改进型ADRC的PMSM位置角控制系统进行了仿真分析和实验验证,结果表明在PMSM位置角控制中,改进型ADRC比传统控制策略具有更好的抗干扰能力和鲁棒性。

不平衡电网下双馈电机转子电流改进控制策略研究

对基于正负序同步旋转坐标系的双馈电机控制方程进行适当推导,得到一种传统励磁策略+辅助负序励磁策略的转子电流控制方案。在不平衡电网下,以控制平衡的定子电流为目标,通过PSIM仿真和风场实验验证方案的可行性。

单边直线感应电机转子磁场定向矢量控制方法研究

单边直线感应电机运行中因次级板产生涡流而存在第二类纵向边缘效应,造成气隙有效磁通和牵引力系数降低。建立了电机d-q轴等效电路,通过d轴互感和电阻变化来反应边缘效应的影响。采用转子磁链、速度和电流3个调节器,对uds,uqs,iqs进行在线解耦补偿控制。结果表明,该方法在电机速度突变时减小了力矩脉动,定子电流过渡平滑,速度平稳,较好地改善了电机的运行性能,对实际分析提供了理论依据。

转子角控制模式下负荷跟踪机制的动模试验验证

通过动模试验验证了转子角控制的可行性和转子角控制模式下的负荷跟踪机制的有效性,试验表明,现有的测量精度和控制技术完全可以实现定转子角控制。试验还表明,实施转子角控制并不意味着本地发电机要独自承担本地负荷,在负荷快速增长或者大扰动发生时,配置传统调速器和配置转子角控制器的发电机都会参与调节,调整结束后负荷增量会由多个定角度机组共同分担。此外,如果运行于定转子角模式的发电机到达出力上限,该发电机就会失去维持角度的能力,但相邻的发电机可在负荷增长时提供支援,因此系统频率仍可维持不变。

形状记忆合金控制转子振动的稳定性研究

研究利用形状记忆合金的超弹性和挤压油膜阻尼器控制转子振动 ,利用形状记忆合金在超弹性状态下的应力—应变曲线 ,建立了新的系统振动方程 ,运用非线性理论和运动稳定性理论研究转子在形状记忆合金控制下的振动状态 ,讨论了系统的稳定性条件 ,获得系统发生分岔时系统参数之间的关系 ;并提出了通过改变参数来提高系统稳定性和抑制振幅的方法 ,最后通过仿真验证了改进后的系统振动抑制效果。仿真结果表明 ,改进后系统振幅降为改进前的2 0 %～ 30 %。

基于转子动能控制的DFIG调频能力分析与调频方案

电力系统中风电渗透率不断提高,弃风现象却越来越严重,风电缺乏火电和水电的调峰调频能力是制约风电利用效率的主要原因之一。在此背景下,首先分析风机矢量控制和转子动能控制策略原理、转子动能控制策略的作用过程;并基于风机运行区域和转子动能控制适用范围的分析,提出一种与DFIG调频控制能力相适应的调频方案。该方案能够根据风机运行状况,合理控制DFIG参与系统调频。同时根据风速调整控制参数,能够在不增加额外投资的条件下有效地发挥风电的调频能力,避免了风机过度调频带来的危害,提高了风电运行的效益。仿真表明该方案能够充分发挥DFIG自身的调频能力。