Research on Control Strategy of Grid-connected Brushless Doubly-fed Wind Power System Based on Virtual Synchronous Generator Control

The brushless doubly-fed wind power system based on conventional power control strategies lacks ‘inertia’ and the ability to support grid,which leads to the decline of grid stability.Therefore,a control strategy of brushless doubly-fed reluctance generator(BDFRG) based on virtual synchronous generator(VSG) control is proposed to solve the problem in this paper.The output characteristics of BDFRG based on VSG are similar to a synchronous generator(SG),which can support the grid frequency and increase the system ‘inertia’.According to the mathematical model of BDFRG,the inner loop voltage source control of BDFRG is derived.In addition,the specific structure and parameter selection principle of outer loop VSG control are expounded.The voltage source control inner loop of BDFRG is combined with the VSG control outer loop to establish the overall architecture of BDFRG-VSG control strategy.Finally,the effectiveness and feasibility of the proposed strategy are verified in the simulation.

Robust Position Observer for Sensorless Direct Voltage Control of Stand-Alone Ship Shaft Brushless Doubly-Fed Induction Generators

The aim of this paper is to investigate an adaptive sensorless direct voltage control(DVC)strategy for the stand-alone ship shaft brushless doubly-fed induction generators(BDFIGs).The proposed new rotor position observer using the space vector flux relations of BDFIG may achieve the desired voltage control of the power winding(PW)in terms of magnitude and frequency,without any speed/position sensors.The proposed algorithm does not require any additional observers for obtaining the generator speed.The proposed technique can directly achieve the desired DVC based on the estimated rotor position,which may reduce the overall system cost.The stability analysis of the proposed observer is investigated and confirmed with the concept of quadratic Lyapunov function and using the multi-model representation.In addition,the sensitivity analysis of the presented method is confirmed under different issues of parameter uncertainties.Comprehensive results from both simulation and experiments are realized with a prototype wound-rotor BDFIG,which demonstrate the capability and efficacy of the proposed sensorless DVC strategy with good transient behavior under different operating conditions.Furthermore,the analysis confirms the robustness of the proposed observer via the machine parameter changes.

Simulation of grid tracking control of power system connection and maximum power brushless doubly-fed generator in point wind

In this paper, based on the analysis of the mathematical model in a common synchronous reference frame of the brushless doubly-fed generator （BDFG）, the grid connection strategy and maximum energy extraction control were both analyzed. Besides, the transient simula- tion of no-load model and generation model of the BDFG have been developed on the MATLAB/Simulink platform. The test results during cutting-in grid confirmed the good dynamic performance of grid synchronization and effective power control approach for the BDFG-based variable speed wind turbines.

基于MRAS的无刷双馈电机无位置传感器鲁棒控制

为取消级联无刷双馈电机系统中成本高、布线难且脆弱的位置传感器,在模型参考自适应系统(MRAS)方法的基础上,提出了一种改进的基于控制绕组电流的无位置控制方法。通过将参考模型和可调模型转换到同步坐标系下,减少了磁链观测器的使用,并将参考模型和可调模型的误差进行线性化,在简化控制器参数设计的同时提高了动态性能。将其与基于扩张状态观测器的鲁棒预测控制相结合,实现了无位置传感器高性能闭环控制。实验结果表明,与传统的转速观测器和模型参考自适应方法相比,所提方法在不同转速下稳态脉动和电流谐波更小;动态阶跃响应速度略慢但估计的转速位置信息更精确;在参数变化时能快速准确地计算出位置和转速,表现出参数强鲁棒性,具有实用性。

Fault-tolerant control of an open-winding brushless doublyfed wind power generator system with dual three-level converter

To improve the fault redundancy capability for the high reliability requirement of a brushless doubly-fed generation system applied to large offshore wind farms,the control winding of a brushless doubly-fed reluctance generator is designed as an open-winding structure.Consequently,the two ends of the control winding are connected via dual three-phase converters for the emerging open-winding structure.Therefore,a novel fault-tolerant control strategy based on the direct power control scheme is brought to focus in this paper.Based on the direct power control(DPC)strategy,the post-fault voltage vector selection method is explained in detail according to the fault types of the dual converters.The fault-tolerant control strategy proposed enables the open-winding brushless doubly-fed reluctance generator(BDFRG)system to operate normally in one,two,or three switches fault of the converter,simultaneously achieving power tracking control.The presented results verify the feasibility and validity of the scheme proposed.

基于扩张状态观测器的级联无刷双馈电机并网同步和发电鲁棒预测电流控制

级联无刷双馈电机无需电刷和集电环,具有电流谐波小、维护成本低等优点,在风力发电等领域具有广阔的应用前景。目前,级联无刷双馈电机常用的控制方法有矢量控制和无差拍控制,当控制器中使用的电机参数由于温度、饱和等因素与实际值不同时,控制效果均有不同程度的恶化。为了克服这一问题,该文提出一种基于扩张状态观测器的级联无刷双馈电机鲁棒预测电流控制方法,同时适用于并网同步和发电过程。该方法基于超局部模型使用扩张状态观测器来估计系统的动态部分和总扰动,并进一步结合无差拍控制,实现控制绕组电流的快速准确控制。与传统的矢量控制和无差拍控制进行了比较,实验结果表明,该方法不仅在电机参数准确时有良好的稳态和动态性能,在电机参数变化时同样能保持较好的控制效果,具有较强的参数鲁棒性。

Stability Analysis and Enhanced Virtual Synchronous Control for Brushless Doubly-fed Induction Generator Based Wind Turbines

The brushless doubly-fed induction generator(BDFIG)presents significant potential for application in wind power systems,primarily due to the elimination of slip rings and brushes.The application of virtual synchronous control(VSynC)has been demonstrated to effectively augment the inertia of BDFIG systems.However,the dynamic characteristics and stability of BDFIG under weak grid conditions remain largely unexplored.The critical stabilizing factors for BDFIG-based wind turbines(WTs)are methodically investigated,and an enhanced VSynC method based on linear active disturbance rejection control(LADRC)is proposed.The stability analysis reveals that the proposed method can virtually enhance the stability of the grid-connected system under weak grid conditions.The accuracy of the theoretical analysis and the effectiveness of the proposed method are affirmed through extensive simulations and detailed experiments.

级联式无刷双馈变速恒频发电机控制策略的仿真研究

通过对级联式无刷双馈发电机(CBDFG)转子机械速dq坐标系下的数学模型进行建模和仿真,验证了其具备良好的变速恒频发电性能,为进一步研究CBDFG的变速恒频控制策略引入磁链矢量定向控制(FOC)方法。首先建立了CBDFG定子同步速MT坐标系下的数学模型,并由此推导出一套基于磁链定向控制思想的CBDFG控制策略,利用Matlab/Simulink工具和S函数编写构建系统仿真模型,并进行了空载运行、负载运行和空载并网仿真研究,仿真结果验证了该控制策略的正确性。

级联式无刷双馈发电机的仿真研究

介绍了级联式无刷双馈发电机的结构和发电原理,根据异步电机的电压方程和坐标变换理论,推导出无刷双馈电机的转子机械速dq坐标系下的数学模型,并进行了Matlab建模和仿真。仿真结果验证了该数学模型的正确性,并为级联式无刷双馈变速恒频发电系统的进一步研究提供了理论基础。

无刷双馈电机的电磁设计特点

在无刷双馈电机运行原理的基础上 ,分析了其电磁设计特点 ,主要的内容包括如何确定电机的计算功率及主要尺寸 。

级联式无刷双馈感应电机稳定性及其控制系统的研究

在分析级联式无刷双馈感应电机的数学模型的基础上 ,以小信号线性化增量模型为手段 ,根据李雅普诺夫稳定判据得出其稳定性的条件 ;而后对级联式无刷双馈感应电机矢量控制系统进行了仿真研究 ;最后分析了控制系统在典型工况下的动、静态品质。实验结果证明了其完全可以达到与直流电机控制系统的性能以及仿真分析的正确性。在国内首次研制成功该类电机矢量控制系统样机。为级联式无刷双馈感应电机进一步广泛应用于风力、水力变速恒频发电等领域 。

航空无刷双馈变速恒频发电系统的建模与控制策略研究

传统飞机发电系统存在恒速传动装置结构复杂、变频器容量大、转换效率低等缺点。提出了飞机无刷双馈变速恒频发电系统。为实现发电机在转速变化的情况下得到恒压恒频交流电,论文通过对级联式无刷双馈发电机(CBDFG)的结构组成与工作原理的分析,建立了飞机发电系统数学模型。为进一步研究CBDFG的变速恒频控制策略,引入了磁链矢量定向控制(FOC)方法,选用定子同步速M-T坐标系搭建数学模型,最终得到基于定子磁链定向的CBDFG控制策略。运用MATLAB/Simulink仿真工具构建了系统的仿真模型,并进行了变速运行下的仿真,仿真结果与理论分析相一致,证明了该控制策略的可行性。

级联式无刷双馈电机的矢量控制系统和功率流研究

该文主要研究了级联式无刷双馈电机的矢量控制以及功率流。首先建立了其动态和稳态模型,对网侧变换器使用电网电压定向矢量控制,对机侧变换器使用定子磁链定向矢量控制,以实现无刷双馈电机的变速恒频运行以及有功与无功功率的解耦控制。同时背靠背变换器的矢量控制可实现功率的双向流动。然后进行了功率流分析,探究了其有功功率分配和不同转速下功率绕组和控制绕组的功率状态,揭示了考虑铜耗下控制侧功率流的变化趋势。通过仿真和实验,验证了矢量控制的有效性以及功率流分析的正确性。

级联式无刷双馈变速恒频风力发电机初步研究

介绍级联式无刷双馈电机在风力发电中的应用,通过调节控制绕组频率,在风速变化的情况下,维持功率绕组频率不变,保证了电能质量,使功率绕组可直接接入电网。给出其在转子速坐标系下的数学模型,并初步分析其控制策略。

级联式无刷双馈电机的一种改进励磁方式

在多种风力发电机中,无刷双馈电机以其高可靠性、良好的电气性能以及较高的低电压穿越能力,成为风力发电机中的佼佼者。级联式无刷双馈电机是电机实现无刷化的最简单方法,但此种电机励磁损耗较大,导致发电机效率不高的问题。分析了它的优势和不足,研究了无刷双馈风电机组的励磁系统,提出了功率绕组端并联电容补偿励磁的方法。此方法能够降低转子励磁电流,从而减少了电机的损耗,提高了风力机发电效率。

级联式无刷双馈发电机的控制特性分析

从简化的等值电路和未简化的等值电路出发,分析了级联式无刷双馈电机的参数特征,并结合电机发电运行条件,编制M atlab程序,研究其恒压频比控制特性,对发电机在亚同步速和超同步速两种情况下进行了并网运行仿真。仿真结果与理论分析一致,为级联式无刷双馈发电机变速恒频风力发电技术的进一步深入研究奠定了一定的理论基础。

级联式无刷双馈电机的一种改进励磁方式

在多种风力发电机中,无刷双馈电机以其高可靠性、良好的电气性能以及较高的低电压穿越能力,成为风力发电机中的佼佼者。级联式无刷双馈电机是电机实现无刷化的最简单方法,但此种电机存在励磁损耗较大,导致发电机效率不高的问题。分析了它的优势和不足,研究了无刷双馈风电机组的励磁系统,提出了功率绕组端并联电容补偿励磁的方法。此方法能够降低转子励磁电流,从而减少了电机的损耗,提高了风力机发电效率。

一类级联式双定子无刷双馈发电机静态无功调节能力分析

无刷双馈发电机是一种具有良好前景的新型风力发电机结构。文中提出了一类级联式双定子无刷双馈发电机无功运行范围的解析计算方法,以该种发电机并网工作时的稳态模型为工具,首先分析了机组的功率流和无功调节机理。在此基础上,综合考虑了发电机自身运行约束、网侧变换器容量约束对机组无功调节能力的影响,推导了该类电机在不同工作点下无功容量的解析算法。同时,考虑到控制绕组电感饱和特性和机组铜耗,对电机的有功功率/无功功率输出曲线进行修正。最后,利用一台10kW实际机组参数进行了分析和仿真,分析结果表明,综合考虑多种约束条件能使该类电机的无功调节能力分析更接近实际情况。

等效电路下无刷双馈电机发电系统控制器设计

级联无刷双馈电机(CBDFG)因其特殊的结构特点在风力发电及船舶电力系统中得到了广泛的应用。对CBDFG独立发电系统进行了分析,因其电机结构复杂,控制器设计较为繁琐,提出了基于等效电路的控制器设计方法,简化了电机控制器设计,通过实验验证了该控制器的正确性及可行性。