基于直接功率控制的开绕组BDFG系统共模电压抑制

无刷双馈发电机(brushless doubly-fed generator,BDFG)的定子上具有两套极数不同的绕组,分别为功率绕组和控制绕组。开绕组无刷双馈发电机(open winding brushless doubly-fed generator,OW-BDFG)是将控制绕组全部打开,两端各接一个变频器对OW-BDFG进行控制。当两个变频器之间采用共直流母线结构时,会在系统中形成零序电流的回路,在共模电压的作用下会产生零序电流,影响发电机的效率和性能。针对OW-BDFG的特殊结构,基于直接功率控制(direct power control,DPC)策略,提出了一种能够消除共模电压的电压调制方法,既实现了对有功功率和无功功率的解耦控制,又解决了共直流母线OW-BDFG系统中存在零序电流的问题。最后,通过仿真和实验研究与对比分析,验证了所提出的基于直接功率控制的开绕组BDFG系统共模电压抑制(direct power control-common-mode voltage elimination,DPC-CMVE)方法的可行性和优越性。

船舶轴带BDFG并网控制及其锁相环

针对传统的控制方法下电机输出电压幅频不稳定的问题,提出一种无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Generator,BDFG)定子电压矢量控制的方法来改善发电机输出电压幅频的稳定性;为确保相位的一致,利用锁相环技术对电网电压相位进行监测来实现发电机电压相位跟踪控制,从而实现轴带无刷双馈电机与船舶电网并网运行。在MATLAB/Simulink中进行仿真试验,其结果表明:该控制方法对于改善无刷双馈电机输出电压的稳定性与相位跟踪具有一定的控制效果,并且能够实现轴带无刷双馈发电机与船舶电网并网运行。

电网电压骤降情况下BDFG风力发电系统的建模与控制

为了在电网电压骤降情况下满足电网对风力发电系统的要求,对无刷双馈电机(BDFG)风力发电系统矢量控制进行了研究,给出了计及电网电压变化时BDFG的控制模型及基于模糊规则参数自整定PI调节器的改进控制策略,并进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制方案可以较好地控制BDFG控制绕组电流,降低电磁转矩波动,提高BDFG风力发电系统在电网电压骤降情况下的不间断运行能力。

基于模糊PI调节的BDFG独立电源系统矢量控制的研究

在双同步速MT坐标系模型[1]的基础上,通过引入功率绕组定子磁场定向控制的思想,给出了一种适合独立电源系统的矢量控制策略,系统可以根据独立运行所带负载特性的变化调整励磁电流,实现独立电源系统的变速恒频恒压发电,并间接地实现对功率因数的调节;鉴于BDFG模型复杂,动态响应特性和鲁棒性差的特点,通过引入模糊PI调节器,改善了系统的特性;最后通过仿真验证了该控制策略的正确性和有效性。

电网电压跌落下无刷双馈发电机低电压穿越控制

电网电压跌落的瞬间,风力发电机定子和转子产生冲击电压和冲击电流,对电网安全造成影响。为实现无刷双馈风力发电机低电压穿越,保证风电机组在电网电压跌落下不间断运行,对电网电压跌落下无刷双馈发电机定子电压和电流进行暂态分析,搭建了无刷双馈发电机在功率绕组静止坐标系下的数学模型,推导并分析了电网电压跌落瞬间其功率绕组磁链、控制绕组电压动态变化过程,并提出一种积分滑模直接功率控制与故障穿越控制相结合的控制策略,完成无刷双馈发电机低电压穿越控制。通过MATLAB/Simulink和半实物仿真试验平台进行验证,仿真和试验结果证明所推导功率绕组磁链和控制绕组电压动态变化过程的正确性及控制策略的有效性,该控制策略有效抑制了定子控制绕组侧电压和电流畸变,提高了无刷双馈发电机的低电压穿越性能。

基于EMPC的无刷双馈发电机直接功率控制

针对无刷双馈发电机模型复杂、耦合性强的问题,提出一种基于扩张状态观测器显式模型预测的直接功率控制策略。通过研究定子控制绕组侧电压与功率绕组侧有功功率和无功功率的关系,推导基于d-q旋转坐标系的直接功率控制状态方程,对功率实现解耦控制。针对模型预测控制在线计算的局限性和系统中存在的扰动因素,提出一种基于扩张状态观测器的显式模型预测控制。该控制策略通过扩张状态观测器对扰动项进行补偿,结合显式模型预测控制将模型预测控制中的优化问题移到“线下解决”,该控制策略提高了在线计算速度和精度,同时扩大了模型预测控制的应用范围。详细介绍了该控制策略的设计原理,并对30 kW低功率无刷双馈风力发电机的控制策略进行了仿真验证。结果表明,该控制方案性能良好,能够提高无刷双馈电机的抗扰动能力,特别是提高了转速和功率变化时的稳定性和鲁棒性。

无刷双馈发电机双向变换器内模—前馈复合控制方案

双向变换器具有功率双向流动、功率因数可调等优点,常作为双馈型风力发电机的励磁系统,当机侧的工作状况突变时,会引起直流侧电压较大的波动。为在稳定直流母线电压的前提下减少交—直—交变换器中电容容量,提出了内模解耦控制和负载功率前馈控制的复合控制方案,使前馈补偿量能抵消负载干扰量。分析和比较了小信号模型,在MATLAB/Simulink环境下建立无刷双馈发电机的仿真系统,仿真分析结果表明复合控制策略快速地实现了直流电压的稳定,极大改善了直流母线电压的控制效果,验证了控制方案的有效性和可行性。

无刷双馈发电机风力发电系统的建模与控制

从转子参考坐标系dq模型出发,研究功率绕组和控制绕组双同步MT坐标系下的无刷双馈发电机(BD-FG)数学模型,建立了包括BDFG、风力机及机械传动链的风力发电系统数学模型。根据风力机和BDFG的特性,采用定子功率绕组磁链定向的矢量变换控制技术,给出了一种功率控制策略。该策略通过控制发电机控制绕组的交流励磁,实现BDFG风力发电系统有功、无功功率的解耦控制和最大功率追踪控制(MPPT)。仿真结果验证了所提出建模与控制方案的正确性和有效性。

无刷双馈发电机模糊PI无速度传感器控制

为克服无刷双馈发电机(BDFG)常规模型参考自适应无速度传感器控制的不足,增加控制器的通用性,提出模糊PI控制策略,在线调整PI参数,优化速度的估计。基于Matlab/Simulink建立小信号仿真模型,仿真结果显示该文提出的模糊PI自适应速度观测器在静态情况下能精确辨识电机速度,在动态时有较好的快速性,系统有较强的鲁棒性。在实验室BDFG平台上进行对比实验,仿真和实验均验证了模糊PI控制方案的优越性。

无刷双馈独立电源系统矢量控制的仿真研究

在转子速d-q坐标系模型的基础上,建立了无刷双馈独立电源系统双同步速MT坐标系下的数学模型;通过引入功率绕组定子磁场定向控制的思想,给出了一种适合独立电源系统的矢量控制策略。系统可以根据独立运行所带负载特性的变化调整励磁电流,实现独立电源系统的变速恒频恒压发电,并间接地实现对功率因数的调节。通过仿真验证了该控制策略的正确性和有效性。

基于新的T型稳态模型的独立无刷双馈发电机性能分析

无刷双馈发电机是一种新型的双定子绕组感应发电机,它的两套绕组(功率绕组和控制绕组)都被固定在定子上。本文提出了一种新的T型稳态模型。相对于常规Π型稳态模型和简化的内核稳态模型,这种新的T型稳态模型更适合于独立无刷双馈发电机的性能分析。基于所提出的T型稳态模型,对无刷双馈发电机的功率流和控制绕组电流特性进行了理论分析,并且通过实验验证了分析结果的正确性。该分析结果表明独立无刷双馈发电机在超同步速运行时有更优的性能,并且为进一步提高无刷双馈发电机独立发电系统的动态性能奠定了基础。

船舶轴带无刷双馈电机短路电流分析与保护设计

当船舶轴带无刷双馈电机(BDFG)功率绕组发生三相短路故障时,短路电流会对系统造成较大的危害。因此,有必要设计专门的保护电路保障系统的安全。利用空间旋转坐标系,建立船舶轴带BDFG功率绕组三相短路时的动态方程,并依据磁链守恒定律研究系统短路电流的变化特性。通过分析短路电流的各个分量,提出加入撬棒电阻和直流卸载电路的保护方式来卸载过电流,并进一步研究加入保护电路后的电流变化特性。以1台30kVA的BDFG为仿真对象,运用MATLAB/Simulink进行模型仿真和理论值计算,验证了保护电路的有效性,对船舶轴带BDFG电气安全设计具有指导意义。

无刷双馈发电机绕组相对位置变化对电感的影响

本文在基本绕组函数法理论的基础上,提出一种改进的绕组函数法,并以此来计算绕组结构复杂的磁阻型转子无刷双馈电机定子功率和控制两套绕组的各自自感及互感,并结合有限元分析结果验证了该改进的计算方法的有效性。然后,基于此改进的计算方法研究了定子两套绕组相对位置的变化对各自的自感及互感的影响。分析结果表明,定子两套绕组相对位置的变化对它们之间的互感有一定的影响。

无刷双馈分布式发电系统控制策略研究

针对有刷双馈电机应用在分布式发电领域中时,由于其自身的有刷结构所导致的可靠性较低等问题,提出了无刷双馈分布式发电系统,省却了电刷结构,提高了可靠性。鉴于无刷双馈发电机为高阶、非线性、强耦合系统,为实现无刷双馈发电机在分布式发电系统中的稳定运行,通过引入磁场定向与相位跟踪控制环节的方法,根据无刷双馈发电机的双同步速数学模型,推导出可适用于分布式发电系统的无刷双馈发电机控制策略,实现了对其输出变量的解耦控制。仿真结果证实了所提出的控制策略可使得分布式发电系统中的无刷双馈发电机能够进行变速恒频发电。

无刷双馈独立电源系统及其数学模型的研究

为了提高独立电源系统的质量以满足日益增长的需求,提出了一种基于无刷双馈电机的独立电源系统。首先介绍了无刷双馈电机的结构并分析了其实现变速恒频发电的原理,通过引入坐标变换矩阵,结合静止ABC轴坐标系模型,推导了无刷双馈发电机转子机械速d-q轴的数学模型,最后根据无刷双馈电机在独立电源系统中的应用特点,建立了无刷双馈发电机独立运行时的数学模型。

无刷双馈电机在独立电源系统中应用的仿真研究

分析了无刷双馈电源系统变速恒频的运行原理,结合独立电源系统的特点,建立了系统在空载和带负载状态下的数学模型;对系统空载至负载、转速突变、负载突变等情况进行了仿真研究,分析了系统动态特性;通过仿真验证,可以实现变速恒频发电,而且通过电压的标量控制可以实现系统输出电压的恒定。

一种复合转子无刷双馈风力发电机直接功率控制研究

无刷双馈发电机无电刷和集电环,具有免维护而可靠性高、变流器容量小等优点,极有可能竞争目前风电系统中普遍使用的传统有刷双馈感应发电机和永磁同步发电机。针对新型复合转子结构无刷双馈风力发电机功率绕组有功和无功功率的控制需求,按照控制绕组磁链所在扇区,采用查表方式确定控制绕组机侧变流器的电压空间矢量,进而对其最大功率跟踪及单位功率因数等进行有效的直接功率控制。通过对比8/4极25kW样机测试系统的仿真与实验结果,证明了所提复合转子无刷双馈风力发电机直接功率控制的正确性、可靠性和有效性。

独立运行无刷双馈发电系统负载侧变换器暂态无功电流补偿

独立运行的无刷双馈发电系统在突加阻感性负载时,定子功率绕组输出电压产生的瞬时电压跌落过大不能满足供电质量的要求,该文通过负载侧变换器补偿负载无功电流以减小瞬时电压跌落幅值并使之快速恢复。文中分析了突加阻感性负载无功电流和发电机输出端电压的瞬态特性,指出补偿暂态无功电流分量会加重端电压的暂态不平衡,提出了暂态过程只补偿稳态无功电流分量的补偿策略,并采用改进的无功电流检测算法以及滑动均值滤波器提高了检测无功电流稳态分量的快速性。实验结果验证了补偿策略的有效性。

变速恒频无刷双馈发电机开环动态仿真

基于转子参考轴d-q模型,研究了无刷双馈发电机的数学模型;在Matlab/Simulink仿真集成环境下,完成无刷双馈发电机开环动态性能研究。该系统通过控制发电机的控制绕组进行交流励磁,实现变速恒频技术。仿真结果验证了变速恒频的正确性和有效性。

基于改进PSO的无刷双馈风力发电机优化设计

以无刷双馈风力发电机(BDFG)为研究对象,建立BDFG的优化设计模型,提出相应的优化目标、优化变量和约束条件。针对粒子群优化(PSO)算法易出现早熟收敛及陷入局部最优的现象,提出一种全参数振荡粒子群优化(OAPS-PSO)算法。在此基础上,采用OAPS-PSO算法对一台5 k W的BDFG样机进行优化设计,分别以有效材料成本最低和平均效率最高为优化目标,得出两套BDFG优化方案。结果表明,通过优化可使样机的有效材料成本下降6.9%或平均效率提高3.3%,说明该文提出的OAPS-PSO算法可有效应用于BDFG的优化设计。