基于PSCAD/EMTDC的直驱永磁同步风力发电机多机并联运行仿真

提出了一种与直流系统直接耦合的多机并联永磁风力发输电系统,该系统充分利用永磁直驱风电机组与轻型直流输电各自优点,适用于远距离风电直流联网。建立了dq同步旋转坐标下的永磁直驱风力发输电系统的数学模型,基于转子磁场矢量定向技术,构建了多机并联发输电系统的有功、无功解耦控制策略;基于电网电压矢量定向技术,构建了输电系统有功、无功功率的解耦控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了两台永磁直驱风电机组并联发输电仿真系统,对系统的动态特性及其无功调节能力进行了仿真分析。仿真结果表明,两机并联的发输电系统能够在不同的风况下稳定运行,且对电网具有一定的无功调控能力。

直流受端馈入站与近区风电场系统振荡特性分析

随着高压直流输电工程的不断投产,以及风电项目的增多,越来越多的风电场出现在电网换相换流器高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)受端换流站近区,两者构成的系统存在振荡风险。为此,该文针对直流受端馈入站与近区风电场系统的振荡特性展开研究。首先,建立并验证系统的状态空间模型,基于该模型计算出系统特征值,确定LCC-HVDC与风电场共同参与的振荡主导模式并进行参与因子分析。进一步地,通过对比是否接入LCC-HVDC的主导模式,得到LCC-HVDC的接入会削弱系统阻尼的结论。最后,从系统额定容量、交流系统短路比、风电场并网线路长度等方面探究系统稳定性的影响因素,并分析系统的不同短路比、潮流比对风机网侧换流器(grid-side converter,GSC)外环控制和换流站定电流控制器性能的影响。

Design and Implementation of Bi-Directional DC-DC Converter for Wind Energy System

This paper proposes a design and implementation of the bi-directional DC-DC converter for Wind Energy Conversion System. The proposed project consists of boost DC/DC converter, bi-directional DC/DC converter (BDC), permanent magnet DC generator and batteries. A DC-DC boost converter is interface with proposed wind system to step up the initial generator voltage and maintain constant output voltage. The fluctuation nature of wind makes them unsuitable for standalone operation. To overcome the drawbacks an energy storage device is used in the proposed system to compensate the fluctuations and to maintain a smooth and continuous power flow in all operating modes to load. Bi-directional DC-DC converter (BDC) is capable of transforming energy between two DC buses. It can operate as a boost converter which supplies energy to the load when the wind generator output power is greater than the required load power. It also operates in buck mode which charges from DC bus when output power is less than the required load power. The proposed converter reduces the component losses and increases the performance of the overall system. The complete system is implemented in MATLAB/SIMULINK and verified with hardware.

风电直流微网的电压分层协调控制

对于以新能源发电为主的微网系统,直流微网以其显著优势成为微网技术新的研究方向。该文以风电直流微网为例,在分析直流微网的构成以及各种运行模式的基础上,提出电压分层协调控制策略。该控制策略通过检测直流电压的变化量来协调各电力电子变流器的工作方式,从而确保在不同工况下都能保持微网内的有功功率平衡。各变流器独立工作,无需相互通信,可简化控制系统结构,并使直流微网具备"即插即用"功能。通过对含永磁风电机组、储能蓄电池的直流微网的仿真分析,验证所提控制策略对直流微网的有效控制。在风速或负荷变化、电网故障、蓄电池达到容量限定值等各种工作状态下,各端变流器都能根据直流电压变化量做出快速响应,从而提高了系统的稳定性和供电质量。

变速永磁同步发电机系统及控制策略

变速、变负载的永磁同步发电机一般需要电力电子装置进行整流与直流稳压,由此构成了基本的永磁同步发电机系统。该系统既可提供直流电源,也可经逆变后提供交流电源或并入交流电网。本文对基本永磁同步发电机系统的常见结构与控制策略进行综述,分析了其优缺点。

兆瓦级直驱永磁风电系统低电压穿越研究

通过对兆瓦级直驱式永磁同步风力发电机(PMSG)系统低电压穿越能力的研究,提出一种改进的直流母线电压控制策略。该策略通过调节直流电流和控制发电机的输出功率,抑制直流母线动态过电压。与传统控制策略相比,该策略中升压斩波变换器采用电流内环、直流母线电压外环的双闭环控制结构;网侧逆变器采用电流内环和转速外环的双闭环控制结构。仿真结果表明,该控制策略可有效提高PMSG系统的低电压穿越能力。

基于改进微分进化算法的风电直流微网能量管理

针对含蓄电池作为储能元件的风电直流微网系统,提出了能够衡量储能系统老化过程的能量管理模型。该模型通过纳入蓄电池健康状态实现了系统的经济运行,通过功率平衡约束保证系统的稳定性。采用基于群体适应度方差的改进型微分进化算法求解所建模型,并应用Matlab软件在联网工况下对所建模型进行仿真。仿真结果表明:所提方法能够有效减少由蓄电池老化引起的系统运行成本,并基于微网预测信息实现了潮流最优管控,满足了风电直流微网系统经济、稳定运行的目标。

基于无刷直流电机的风力机转矩模拟

针对风力发电技术的研究受到自然条件制约的问题,该文提出了一种新的利用无刷直流电机来代替风力机的模拟方案,通过控制无刷电机直流侧电流的方式实现转矩控制,电流环采用径向基函数神经网络与PI调节相结合的控制策略。利用Matlab/Simulink建立系统仿真模型,并搭建了基于DSP控制的无刷直流电机+永磁发电机的硬件平台,仿真和试验结果都与理论转矩相吻合,并有效降低了无刷电机的转矩脉动。该方法控制简单、精度高,为实际模拟系统的设计提供了一种新的思路。

直流串联型风电机组控制策略及仿真分析

描述了基于直流串联的风电场的结构和工作特点。讨论了直流串联型风电机组的控制策略,并分析了出口电压和电流的工作曲线。建立风电机组串联的仿真模型,研究在正常工作模式和电压限幅工作模式下各状态量的变化情况,比较机群功率输出的异同,设计了风电机组投入和切除时的控制方法,并进行了仿真验证。对接收电网出现短暂接地故障的风电机组的反应状况进行了仿真,结果显示风电机组运行正常。

提升直驱型永磁风电机组故障穿越能力的改进控制策略研究

为了提高直驱型永磁风电机组故障穿越能力,提出一种新的故障穿越策略。通过采用紧急变桨技术,减少故障期间风机的出力,降低直流母线两端的功率不平衡,以限制直流母线过电压。提出一种新颖的控制直流母线侧电容器投切方案,故障期间增加直流电容容量,进一步限制故障期间直流母线电压骤升。充分利用风电机组的无功能力,网侧变流器采用电压控制模式,为系统在故障期间提供无功支撑。给出了详细的故障穿越方案,并在仿真软件DIg SILENT中建立仿真模型,设计了低电压故障和高电压故障两个算例。仿真结果表明,所提出的控制策略可有效的限制故障期间直流母线过电压,为系统提供了足够的无功支撑,协助并网点电压快速恢复,提升了风电机组的故障穿越能力。

双PMW直驱同步风力发电的低电压穿越控制

通过对兆瓦级双PMW直驱式永磁同步风力发电机(PMSG)系统低电压穿越能力的研究,本文提出了一种改进的功率变换控制方法来抑制过高的直流母线动态电压。与传统控制方法相比,该方法中机侧整流器采用电流内环、直流母线电压外环的双闭环控制结构,同时网侧逆变器采用电网电流为内环、发电机转速为外环的双闭环控制结构,保证系统输出最佳能量。仿真结果表明本文提出的控制方法有效提高了PMSG系统的低电压穿越能力。

新型十二相梯形波永磁无刷直流发电机

同步电机六相双Y绕组就电机内部而言实质上由十二相30°绕组连接而成。提出永磁同步电机采用十二相梯形波相电势输出,经共阳极连接十二相零式整流电路整流构成永磁无刷直流发电机。利用槽电势星形图分析输出电压特性,得到电枢绕组的设计原则。设计一台2kW梯形波永磁无刷直流发电机,建立发电机系统场路耦合模型,并进行有限元计算,得到整流二极管导通模态及导通电流特性。样机实验结果与理论及仿真分析一致,表明十二相梯形波永磁无刷直流发电机的整流二极管数目与六相双Y整流电路相同,输出电压脉动相当,但整流二极管平均电流降低一半。

孤岛模式下风电直流微电网小信号稳定性分析

将基于阻抗比判定系统电压稳定的方法引入风电直流微电网中,建立并分析系统小信号模型,推导各单元输出/输入阻抗表达式。对于风电单元,详细推导其在两相同步旋转坐标系下的小信号控制模型,分析母线电压、穿越频率等关键参数对直流端输出阻抗的影响。在此基础上,建立了直流微网源、负载子系统的阻抗比模型,对级联系统稳定性进行了仿真分析。仿真结果表明:所提小信号阻抗比稳定性分析方法对风电直流微电网系统参数设计具有一定的指导性。

基于航空高压直流电源系统的永磁同步电机起动发电系统设计

提出了基于270 V航空高压直流电源系统的永磁同步电机起动发电系统的设计方案,建立了永磁同步电机一体化模型,采用矢量控制及最大转矩/电流比控制方式实现电动机与发电机的控制,采用空间矢量脉宽调制控制的双向变流器完成电源变换,实现了航空发动机快速起动、永磁电机起动到发电的平稳转换以及270 V高压直流电源输出。仿真研究表明系统的起动时间短、动态过程性能好,且高压直流电源的纹波在2%之内,达到了航空高压直流电源的技术要求。

离心式永磁直流发电机的设计研究

离心式永磁直流发电机把皮带轮与离心式转子设计为一体,磁场得到了充分利用,降低了成本。本文介绍了电子稳压器通过移相、削波输出电压稳定的直流电,解决了小型农用车的低速照明问题和用电设施需用直流电的问题。

新型十二相永磁无刷直流发电机容错性能研究

阐述了新型十二相永磁无刷直流发电机的结构原理,系统分析了该无刷直流发电机的相绕组开路故障工作模式和容错特性。建立了永磁无刷直流发电机的有限元仿真模型,并完成场路耦合分析。先对容错特性的工作和故障状态进行理论分析,再通过建模仿真和原理样机试验结果验证了新型十二相永磁无刷直流发电机具有较强的相绕组开路故障容错特性。

永磁风力发电机分布式直流并网动态电压解耦补偿控制

针对永磁(同步)风力发电机分布式直流并网的要求,提出并研究了一种基于机侧电压动态解耦补偿的且具有宽运行范围的分布式直流并网控制策略。分析了永磁风力发电机励磁分量控制原则,进而为电机的高性能运行提供依据。基于同步旋转坐标系把宽范围运行下系统所有的交叉耦合项和电压波动等原因造成的系统扰动统一定义为一个新的变量扰动,然后对控制系统进行补偿。采用辅助支撑电容的直流斩波电路进一步实现不同直流电压等级的匹配,最终实现永磁风力发电机的变速恒压控制。通过仿真和实验验证了控制策略的可行性和有效性。

汽车交错磁极无刷直流发电机的励磁电流计算

为准确计算励磁电流,采用有限元法分析了交错磁极(consequent-pole permanent magnet,CPPM)无刷直流发电机(brushless DC generator,BLDCG)电励磁磁场和永磁磁场的耦合特点,讨论了电枢电流换流过程及其对励磁电流的影响,在此基础上推导出考虑磁场耦合和换流过程的励磁电流表达式.实验结果表明:计及磁场耦合和电枢电流换流过程可以提高励磁电流计算的准确度.

基于直流保护的直驱风电机组低电压穿越特性分析

研究了基于加装和未加装直流保护的直驱风电机组在电网故障状态下的低电压穿越运行特性。根据GB/T 19963—2011对风电机组低电压穿越能力的技术要求,结合直驱风电机组工作原理,构造了直驱风电机组在PSCAD/EMTDC环境下的系统控制模型。以电网三相对称短路故障为案例,对加装和未加装直流保护的直驱风电机组的低电压穿越特性进行了分析和比较。仿真结果不仅证明了所用系统模型是合理的,控制策略是有效可行的,而且还表明加装直流保护的直驱风电机组具备较为优越的低电压穿越特性。

一种模拟直驱永磁风电机组低电压穿越的试验系统

随着直驱永磁风力发电系统并网容量逐渐增加,电力系统对其低电压穿越能力也做出了明确规定,因此直驱永磁风电机组的低电压穿越算法成为近年研究热点,而算法的研究需要硬件平台的支撑。针对这个问题,构建了一套直驱永磁风力发电机组的低电压穿越试验平台。试验平台主要由模拟风力机、永磁同步电机、全功率变流器以及模拟电网组成。在模拟风力机设计时,基于直流电机的电磁转矩特性,控制其电枢电流使直流电机输出转矩实时跟踪风力机的转矩,并采用减速箱和飞轮来模拟实际风力机的低转速特性和大惯性特性。为验证试验平台的运行效果,采用了一种应用于全功率变流器的有功无功协调控制策略,在电网电压跌落时,优先向电网传输所要求的无功功率,在此基础上最大限度地向电网传输有功功率。试验结果表明:搭建的试验平台可稳定运行,在电网电压跌落至60%时,应用有功无功协调控制策略可实现低电压穿越,并使电网电压提升了11%。