高速永磁同步风电机组建模及其控制策略

为分析高速永磁同步风电机组的并网运行特性,建立了包括永磁同步发电机、双PWM变流器和电网电压跌落的风电系统模型。分析了其实现最大风能跟踪、低电压穿越的过程,建立了机侧、网侧变流器的矢量控制模型。运用MATLAB/Simulink建立了2MW机组仿真模型,对风速变化和电压跌落时机组运行状况进行了仿真,结果验证了模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。

并联永磁同步风电机组小干扰稳定性分析

采用平均磁链定向控制多台永磁同步风电机组进而构造分频发电系统是未来陆上尤其是海上风电的汇集方案之一,但对该模式下多台风电机组间稳定性的研究鲜有文献涉及。针对此问题,基于特征值分析法,研究了平均磁链定向控制的永磁同步风电机组之间的小干扰稳定性。首先,基于高压大容量直驱式永磁同步风电机组的分频集电系统拓扑结构,建立了适用于小干扰稳定分析的风电系统的数学模型;其次,通过辨识振荡模态并分析模态参与因子确定了影响系统振荡的主控因素,通过绘制根轨迹分析了主控因素参数变化对系统振荡的影响,并发现系统振荡受发电机电感、电阻和直流电容参数的影响最大;最后,通过时域仿真验证了研究结论的正确性。

含UDE附加阻尼支路的构网型直驱永磁同步风电机组次同步振荡抑制策略

针对构网型直驱永磁同步风电机组在弱电网下的次同步振荡问题,该文提出了基于不确定性和扰动估计器(UDE)的附加阻尼支路振荡抑制策略。首先,网侧变流器采用虚拟同步机(VSG)技术,并基于谐波线性化理论建立了网侧变流器序阻抗模型;其次,深入分析引入电压电流双闭环控制对弱电网下构网型直驱永磁同步风电机组产生次同步振荡的影响特性,提出了电流环引入UDE附加阻尼支路的振荡抑制策略,并基于UDE的附加阻尼控制采用滤波带宽思想对系统扰动进行估计,通过动态电压补偿方式实现阻尼支撑,可有效抑制次同步振荡,提升系统鲁棒性;最后,通过时域仿真验证了所提振荡抑制方法的有效性。

大兆瓦风电机组永磁同步发电机控制

随着风能技术和风电产业的发展,风电机组不断大型化,永磁发电机组成为海上风电的主流技术路线。根据机组运行状态,永磁同步发电机会工作在不同的工况。首先介绍风电机组的功率控制策略,然后基于数学模型分析了永磁同步发电机运行限制条件,推导了永磁同步发电机最优运行轨迹,最后提出了大兆瓦永磁同步发电机控制策略并完成了仿真和实验验证。

基于直驱式永磁同步发电机组的风电场动态建模

根据某大型风电基地200 MW标准直驱机组风场的电气参数和出力数据,利用风机功率曲线求取等效风速,按照单机法思想建立了直驱式永磁机组风电场的单机聚合模型。运用DIgSILENT PowerFactory软件建模仿真,与详细风场模型、多机法聚合模型进行了对比,探讨了模型的可行性。此外,分析了风场集电线路对聚合模型精度的影响,并提出了单机聚合法的适用性和建模过程中集电线路的取舍原则。

氢燃料电池用高速永磁同步电机性能的数值研究

在利用Maxwell方程组推导了高速永磁同步电机的二维电磁场控制方程的基础上,采用Bertotti铁耗分立模型计算电机铁耗,引入雷诺系数计算风摩损耗,用经典计算公式计算绕组铜耗和涡流损耗,以上损耗值转化为体积生热率施加到电机各发热部件作为温度场分析时的热源,并且考虑材料温变特性和定子非晶合金导热系数各向异性,使用流固耦合法建立了高速永磁电机温升预测模型。依据所建模型进行算例分析,应用Maxwell软件和Fluent软件研究了气隙槽宽、槽肩高和气隙长度对电机磁场、温度场的影响,研究表明气隙槽宽对电机磁场影响较小,适当增大气隙槽宽有利于电机散热。

直驱永磁同步风电机组不对称故障穿越的研究

分析电网发生不对称故障对直驱永磁风力发电机组(D-PMSG)的影响,研究其控制策略,以提高其不对称故障穿越的能力。把电网电压实时引入机侧整流器参考功率的计算中,提出了按照电网正序电压和其额定电压的比减小发电机输出功率的控制策略。建立了经背靠背双PWM变流器并网的D-PMSG仿真模型。机侧整流器控制内环采用电流前馈控制,外环采用功率环控制发电机输出功率。网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压。仿真结果表明,在不对称故障时,这种策略保持了发电机功率平衡和变流器功率平衡,限制了直流电压的升高,保持了逆变器三相电流对称,实现了机组不对称故障穿越。

航空飞行器用300 kW高速永磁同步电机优化设计

航空飞行器用高速永磁同步电机损耗密度高、散热条件差,脉宽调制电压供电产生的损耗可能会导致显著的温升,加剧Halbach磁体的退磁风险,影响电机的安全运行。针对上述问题,提出基于Nelder-Mead法的高速永磁同步电机多目标优化设计方法,以电机损耗和温升为优化目标,使用场路耦合有限元分析法和解析法计算电机在T型三电平变流器供电下的损耗,进而计算电机温升。根据寻优算法搜索最优设计区域,获得优化设计方案。分析Halbach磁体内的磁密分布和涡流损耗,对磁体进行优化设计,从而抑制退磁和损耗。设计并制造一台300 kW、30000 r/min高速永磁同步电机,仿真和实验结果表明,新提出的设计方法能够快速实现多目标寻优,并有效抑制退磁。

直驱式永磁同步风电机组机侧PWM控制

在介绍永磁同步发电机(PMSG)d,q轴数学模型和矢量控制理论基础上,提出在直驱式永磁同步风电系统机侧采用PWM控制方式,通过转子磁场定向控制策略,实现有功无功功率解耦控制,减小了损耗,并且较好地控制了转速。利用Matlab/Simulink进行仿真,并给出了仿真结果。同时搭建了基于TMS320F2808控制器的试验平台,对该控制策略进行了实验,实验结果验证了该控制系统的正确性与可行性。

永磁同步风电机组传动轴振动分析与抑制

风速的随机性与不确定性以及塔影效应与风的纵向剪切效应,会激励大型永磁同步风电机组(PMSWT)传动轴的固有频率,引发机组振动。振动过程不仅会产生巨大的污染噪声,还容易造成机组零部件的松动与各执行机构的损害,加快传动轴的疲劳,直至其疲劳寿命耗尽而出现裂纹或断裂,严重影响机组的使用寿命。此外,振动更易引起并网电压闪变及功率的波动,影响所发电能的质量。首先采用模态分析法将兆瓦级永磁同步风电机组在最大功率点跟踪(MPPT)时传动轴振动分为刚性旋转振动与扭转振动。然后针对传动轴振动的产生原因与机理做了详细的分析研究。通过理论推导得出电容储能的变化含有机组振动的信息,且该信息容易获取,因而从该点出发提出了相应的振动抑制方案。所提控制方案通过在转速环与转矩环引入了与电容储能变化相关的补偿转速与补偿转矩,无需检测其他振动信息、简单、易实现,具有一定的实际应用价值。结果表明所提方案增强了机组的抗扰特性,能有效抑制传动轴的扭振,并减轻轴系的刚性振动,同时还可充分利用风能,提高机组的发电量与所发电能的品质。

直驱式永磁同步风电机组的风电场等值建模

通过对直驱式风电机组运行状态的分析可知:在风电场中,桨距角大于0的机组运行于额定工作点,而其余风电机组的运行点可由电磁转矩、发电机转速这两个状态变量反映。由此,提出了一种以风电机组具有相同或相近运行点为分群原则的风电场等值建模方法:首先将桨距角大于0的机组归为一组,再以电磁转矩、发电机转速作为分群指标利用K-means聚类算法进行分群计算,最后采用容量加权法计算分群后等值机组的参数并考虑了风电场内集电系统的影响。为了进行对比分析,在Matlab/Simulink平台上搭建了风电场的详细模型、以状态变量分群的等效模型及以风速分群的等效模型,仿真结果验证了所提出的建模方法能更准确地反映风电场在风速波动及电网故障情况下的动态特性。

基于电压相角调节的高速永磁同步电机弱磁控制策略

针对永磁同步电机高速运行时电流环抗扰能力差的问题,文中提出一种电压相角调节弱磁运行的谐波抑制策略。首先,通过线性化处理建立控制系统的小信号模型,进而得到系统的闭环传递函数,分析了弱磁运行的稳定性;为了克服加速过程中阻尼系数低和系统稳定性差的问题,在直轴电流调节器中引入比例微分补偿策略来实现内环反馈,以提高系统阻尼比并抑制系统谐振峰值,从而减少高速运行时的电流振荡;最后,根据等效内模控制器原理和频域分析,确定补偿器的关键参数。实验结果表明,该方法能够有效提高电流环的稳定性和控制系统的抗干扰性能,显著降低电机电流谐波含量。

直驱永磁同步风电机组的建模与仿真分析

根据风力机运行特性及最大风能跟踪原理,基于PSCAD/EMTDC设计了一套由永磁式同步电机与AC-DC-AC脉宽调制(PWM)变流器组成的风电机组软件仿真平台。文中建立了机组各部分模型,并介绍了具体功能的实现。整流侧控制定子q轴电流调节电磁转矩,实现最大风能跟踪;逆变侧实现了对有功、无功的独立控制。通过仿真风电机组在电网低压及不平衡故障下的工作特性,给出了电网异常状况下机组持续运行能力对变流器装置的要求。仿真结果表明,该风电机组不但可以优化风能吸收特性,而且具有良好的低电压穿越特性,在电网不平衡故障下可保持运行,并在故障消除后迅速返回正常工作状态。

车用高速永磁同步电机电磁结构多目标优化

高速永磁同步电机是电动汽车驱动技术竞争的焦点。高速电机对动态性能提出了更高要求,针对电磁结构参数对电机各方面性能影响的复杂性,将多目标智能优化算法应用到电磁结构参数设计中。以提高转矩、减小转矩波动和降低定子铁芯损耗为设计目标,以定子齿槽结构等参数为设计变量,采用电磁场有限元及响应面法,利用拉丁超立方采样和电磁仿真获取25组数据,构建了优化代理模型来拟合优化变量与电机性能参数之间的映射关系;利用多目标粒子群算法开展了结构参数优化。结果表明:电机的输出转矩得到了有效提升,同时转矩波动和铁芯损耗均有明显降低。

ZDC控制方式下的永磁直驱风电机组高速运行特性

在经典的d轴电流给定为零(ZDC,Zero d-axis Current)的矢量控制方式下,永磁同步发电机在高转速运行区域会出现异常运行工况。该异常运行工况产生的原因是,机侧变流器在有限的直流母线利用率下无法有效地平衡较高的发电机定子感应电动势。本文通过仿真对比了采用过调制与否对系统稳定性的影响。仿真结果表明,在高速运行区域必须允许变流器进行过调制以保障永磁发电机的可控性和稳定性,但同时也发现采用过调制将会导致转矩出现较明显的6倍频波动。

减载运行方式下直驱永磁风电机组虚拟同步控制策略

随着风电并网容量的增加,导致系统惯量支撑能力不足,电网频率失稳等问题日益显著,虚拟同步发电机技术模拟同步发电机运行特性成为一种有效的解决方案。以风电场主流机型之一的直驱永磁风电机组为研究对象,在并网控制中引入虚拟同步控制策略,提高直驱永磁风电机组的等效惯量,使其向电网输送平滑功率。并利用机组自身超速和变桨协调控制提供备用容量,通过虚拟同步发电机的惯量响应控制环节增发有功出力,从而提升系统一次调频能力。仿真结果表明,所提出的协调控制策略能够充分利用风电机组自身减载运行和虚拟同步发电机技术,有效提升并网系统的频率稳定和惯性支撑效果,有利于电力系统的安全稳定运行。

直驱式永磁同步风电机组最大功率跟踪控制策略的研究

直驱永磁同步发电机具有直接驱动、结构简单、效率较高等优点,因而成为目前兆瓦级风电机组的主流机型之一,且市场份额有逐步扩大的趋势。以直驱式永磁风力发电系统为主要研究对象,在直驱永磁同步风力发电机(DDPMG)的运行特性基本原理基础上,建立包括风力机、直驱式永磁同步发电机及机侧变换器在内的整个系统的数学模型。应用定子磁链定向的方法,对系统进行矢量控制策略的研究,运用Matlab/Simulink建立了直驱永磁同步发电系统仿真模型,对风速阶跃变化时机组运行情况进行了仿真,结果验证了所建模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。

电网不对称故障下永磁同步风电机组低电压过渡的研究

电网导则要求并网风电机组在电网电压一定的跌落范围内不脱网运行。为了满足这一要求,建立了永磁同步发电机组网侧变流器的数学模型,分析了电网不对称故障时风电机组直流侧电压的波动机理,采用瞬时对称分量法求得网侧三相电压的正序和负序分量,在解耦控制中分别控制正序和负序分量。仿真结果表明,改进后的控制策略保持了逆变器三相电流对称,消除了直流侧二倍工频纹波,实现了电网不对称故障下风电机组的低电压过渡。

直驱式永磁同步风电机组最大功率跟踪控制

以直驱式永磁风力发电系统为主要研究对象,在直驱永磁同步风力发电机（DDPMG）的运行特性基本原理基础上,建立包括风速、风力机、直驱式永磁同步发电机及机侧变换器在内的整个系统的数学模型。应用转子磁链定向的方法,对系统进行最大功率跟踪控制策略的研究,运用Matlab/Simulink建立了直驱永磁同步发电系统仿真模型,对渐变风速时的机组运行情况进行了仿真,结果验证了所建模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。

飞轮储能高速永磁同步电机控制策略的探讨

飞轮储能系统作为一种新型的储能技术,在能量密度和功率密度方面具有显著优势。然而,飞轮储能系统的控制策略是实现其高效运行的关键。目前,对于高速永磁同步电机飞轮储能系统的控制策略研究尚处于初级阶段,存在充放电效果不稳定、能量损失较大等问题。基于此,本文主要对飞轮储能系统的控制策略进行研究和分析,以期提高其充放电效率和能量转换效率。