On maximum power point tracking control strategy for variable speed constant frequency wind power generation

Based on the characteristic of AC-excited variable speed constant frequency(VSCF)wind power generation,the vector control technique was applied in a doubly fed induction generator(DFIG).Maximum wind energy or maximum output power point can be tracked by decoupling control of active power and reactive power.The research result shows that the net power of generation system delivered to grid in maximum wind energy tracking mode is not the most.We presented a novel maximum power point tracking(MPPT)control strategy by analyzing the DFIG mathematic model and power relations which delivered the maximum power to the grid.The maximum power point could be tracked automatically without measuring wind speed in the control strategy and the control was independent of optimal turbine power curve,which had excellent dynamic and static performances and robustness.Simulation and experimental results testify the accuracy and validity of the control strategy.

Circulating current suppression for ground tied variable frequency to constant frequency converter system in aircraft

This paper presents a solution to the circulating current fault of aircraft power supply.The DC-link type Variable Frequency to Constant Frequency(VFCF)converter system is the preferred scheme to feed the constant 400 Hz load in an aircraft with a variable frequency power supply.Due to the requirement of aircraft standards,both grounds of the rectification and inversion stage are tied to the metal frame of the aircraft.With such a tied ground,the DC bus voltage rises greatly,and a large circulating current appears in the casing as the ground,which leads to equipment failure and potential safety hazards.According to the existing methods of circulating current fault suppression,this paper analyzes the causes of the above faults and the harmonic components of circulating current and points out the limitations of the existing methods.Therefore,a Common-Mode(CM)choke-based method is proposed to provide a high impedance in the path of the CM circulating current.By doing so,the circulating current can be suppressed without the additional burden of the hardware and control algorithm,which is quite friendly for quality control of mass-production aircraft.Moreover,a simplified mathematic model of the VFCF converter system is derived to calculate the minimum inductance value reference of the CM choke,which saves the weight of passive devices to the greatest extent.Finally,simulation and experimental results are studied to verify the effectiveness of the proposed method.

基于变论域云PI的含风电负荷频率控制方法

随着风电渗透率不断提高,其不确定性严重影响了电力系统频率稳定。基于此问题,建立了含风电的互联电力系统负荷频率控制模型,其中风机通过附加下垂与虚拟惯性控制参与频率调节。在此基础上,为解决风电接入系统引起的频率波动问题,提出变论域云PI负荷频率控制策略,对云模型输入和输出论域动态调整。为避免增加控制器的复杂程度,基于函数形式设计论域的伸缩因子。最后,仿真结果表明,所设计的控制器能进一步提高云PI控制器的自适应能力,更好地处理风电不确定性对系统频率的影响。

Low-power variable frequency PFC converters

Based on the SinoMOS 1 μm 40 V CMOS process, a novel power factor corrention （PFC） converter with a low-power variable frequency function is presented. The circuit introduces a multi-vector error amplifier and a programmable oscillator to achieve frequency modulation, which provides a rapid dynamic response and precise output voltage clamping with low power in the entire load. According to the external load variation, the system can modulate the circuit operating frequency linearly, thereby ensuring that the PFC converter can work in frequency conversionmode. Measured results show that the normal operating frequency of the PFC converter is 5-6 kHz, the start-up current is 36 μA, the stable operating current is only 2.43 mA, the efficiency is 97.3%, the power factor （PF） is 0.988, THD is 3.8%, the load adjust rate is 3%, and the linear adjust rate is less than 1%. Both theoretical and practical results reveal that the power consumption of the whole supply system is reduced efficiently, especially when the load varies. The active die area of the PFC converter chip is 1.61 ×1.52 mm^2.

基于自适应增强型复系数滤波器的多电飞机变频电网状态估计

多电飞机的电网是一种典型的孤岛微网,具有360~800 Hz的宽频率工作范围,传统恒定频率电网同步方法的动态性能在飞机变频电网中有所不足。为了准确估计飞机变频电网的电网状态,结合自适应模块,对增强型复系数滤波器锁相环进行改进,设计了一种适应于MEA变频电网的自适应增强型复系数滤波器锁相环结构(AECCF-PLL)。分析了其传递函数与阶跃响应之间的关系,推导了模型参数与频率的关系,建立了频率自适应模块,满足飞机变频交流电网状态估计对稳定性和快速性的要求。实验结果表明,在飞机变频电网含有大小频率跳变、谐波、斜坡等扰动情况时,提出的AECCF-PLL可以实现对电网状态的快速稳定估计。

High Frequency Resonance in DFIG-Based Wind Farm with Variable Power Capacity

As wind power penetration has been gaining in the power grid for decades,a large number of the doubly fed induction generator(DFIG)based wind farms are being established around the globe.The power capacities of these wind farms may vary around hundreds of MW,and most of the wind farms are connected to long transmission cables whose impedances can not be ignored and require careful attention.Several works have investigated the impedance interaction between the DFIG based wind farm and long transmission cables which may unfortunately cause high frequency resonance(HFR).The main contribution of this paper is to investigate the influence of the variable wind farm capacity on the behavior of the HFR when certain transmission cables are provided.It is found out that the potential HFR may happen in certain wind farms,and the larger wind farm capacity causes more severe HFR due to the relatively weaker grid transmission capability.Simulation results based on Matlab/Simulink are given to validate the analysis of HFR.

基于灰色关联机理组合模型的压缩机电功率预测

为了精确获得压缩机电功率,通过变频滚动转子制冷系统实验台,根据灰色关联(GRM(1,m))预测模型样本需求量少、预测精度高与机理(Mechanism)模型能够反映系统本质特性的特点,利用Matlab语言编程建立GRM(1,m)-Mechanism组合预测模型。通过3种模型对压缩机电功率进行预测,结果表明:GRM(1,m)-Mechanism组合模型的预测精确性和适用性更好,其最大相对误差、平均相对误差分别为4.05%,1.71%;比机理模型分别降低了1.29%,1.09%;比灰色关联(GRM(1,m))预测模型降低了1.02%,2.19%。最后,通过压缩机变转速试验验证组合模型预测平均相对误差在1.9%以内,进一步证明GRM(1,m)-Mechanism组合模型的精确性和适用性。

中频真空电弧边缘击穿现象及仿真研究

为深入掌握航空变频(360~800 Hz)电力系统中真空电器电弧特性,该文围绕中频灭弧室弧后发生的边缘击穿现象,以双温磁流体动力学仿真结合实验的研究方法,得到了以下结论:中频真空电弧离子数密度的最大值为2.6×10^(19)m^(-3),离子温度的范围为0.30~0.91eV,电子温度的范围为1.50~2.43 eV;电子与离子之间存在能量交换,电子温度的变化会引起离子温度的变化;最高离子温度出现在阳极触头边缘处,与实验发现的边缘击穿位置重合,证明了此处确实存在能量集中;中频真空电弧是超声速流体,速度在边界处减慢,根据动能热能互换原理,中频真空电弧的质量流运动规律是边缘击穿的本质原因。

风电场与多分布式变速抽水蓄能协同调频控制

针对单个变速抽蓄调频容量不足和风电场调频后转子转速恢复容易引发频率二次跌落的问题,提出一种风电场与多分布式变速抽水蓄能协同调频控制策略。首先,当电网发生频率事件时,该策略根据风电场风速和区域内多分布式变速抽水蓄能可调节容量对电网频率提供支撑。然后,针对风电调频后转子转速恢复过程容易引发系统频率二次跌落的问题,在风电转子转速恢复时通过多分布式变速抽蓄提供功率支撑来缓解系统频率二次跌落。最后,以含风电场与分布式变速抽蓄的四机两区域系统为例,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略相比风电场和多分布式变速抽水蓄能独立调频对于系统具有更好的调频效果。

平抑风电出力波动的混合储能功率分配策略

储能技术逐渐成为平抑功率波动、提高电网接纳能力的有效手段,但风电功率波动情况复杂且多变,单一储能并不具备高能量、高功率密度特性。因此为解决风力发电出力平滑问题,针对其随机性间歇性等典型特征,本工作拟采用混合储能技术手段,结合锂离子电池和超级电容两种储能的优势,设计一种基于自适应滑动平均滤波-小波包分解双层功率分解分配策略,利用滑动平均滤波算法完成风电功率的自适应分解,获得并网功率和混合储能所需最低功率。考虑到混合储能输出功率依然含有丰富的信息以及小波包分解层数和功率分界点的确定规则,借助小波包算法对平抑的风电功率进行二次分解,并结合变频熵值策略优化混合储能的功率分配,有效改善风电功率的波动情况,实现混合储能功率的最优分解和合理分配。采用国家标准时间尺度波动情况、引入储能前后波动情况、功率幅值、充放电次数等评价指标对不同功率分配方式进行对比分析,结果表明,所提策略能够满足国家标准对风电场出力波动要求,减小对电网的冲击,与传统小波包分解算法对比具有较好自适应性,整体波动情况提升23.69%,锂电池充放电次数降低58.2%。模型评估结果表明,所提方法能够提升混合储能系统整体经济性并延长电池使用寿命。

改善惯性响应与一次调频的风电全直流系统协调控制策略

针对风电全直流系统并网给交流电网带来的系统惯量降低、调频能力不足等问题,提出一种改善惯性响应与一次调频的变系数风电全直流系统协调控制策略。在惯量响应方面,网侧换流站采用惯性同步控制,直流升压站采用恒变比控制,实现直流电容对电网的惯量支撑及直流低压侧的直流电压对交流系统频率的感知,在此基础上对直流风电机组(direct current wind turbine,DCWT)附加变虚拟惯性系数的虚拟惯量控制,使风电全直流系统在不同频率响应阶段具备不同的等效惯量。在一次调频方面,DCWT采用超速与变桨相结合的减载运行方式,通过变下垂控制来改变其有功出力,充分利用不同风速下的备用容量,使风电全直流系统更有效地参与一次调频。仿真算例表明,文中所提策略改善了风电全直流系统接入后电力系统的惯性响应及一次调频。

航空变频交流真空灭弧室的设计研究

随着航空电气负载的增长,传统恒压恒频电源已难以满足需求,变频电源正成为现代飞机电气系统的发展方向。变频条件下真空灭弧技术面临三方面的挑战:一是开断难度的增加,二是通流能力下降,三是小体积、轻量化的设计限制。通过两个关键技术:小体积下的开断能力提升技术,轻量化结构下的通流能力设计方法,提出适应航空变频条件的变频灭弧室设计方案。分析变频条件下影响电流开断能力的触头因素,设计灭弧室小体积触头结构。提出一体式外置主屏蔽罩结构方案,为增加触头直径提升开断能力提供保障。提出趋肤效应下的导体结构轻量化方法,采用外置屏蔽罩增加散热能力,研制出了航空变频交流真空灭弧室。基于设计的三相接触器样机搭建了符合航空变频条件的实验环境,对灭弧室的开断能力、绝缘性能与温升情况进行了实验研究。结果表明:设计的灭弧室能够在360~800 Hz频率范围内有效开断过载电流1.68 kA,样机成功开断50次三相过载电流1.1 kA。开断前后三相主回路接触压降稳定,最高仅为83.49 mV,所有接触压降均低于设计值100 mV。整机重量仅为975 g,满足设计要求的同时具备更高开断能力。研究为航空变频电源系统的发展提供了实验数据支持,对推进航空电器领域真空开断技术应用具有重要意义。

基于高频阻抗突变量的双馈风场送出线路保护方法

针对双馈风机的暂态特性呈现多态性且区别于传统同步机,双馈风机的短路电流频率含有比例较大的衰减转速频率分量导致送出线路区内外故障难以区分,传统保护容易出现误动拒动的现象,提出了一种基于高频阻抗突变量的双馈风场送出线路纵联保护方法。首先,结合双馈风电场拓扑结构,考虑集电线上各风机机端电压幅值相角差异,求得双馈风场短路电流,提取高频分量并构造双馈风电场故障高频模型。在此基础上,构建双馈风场送出线路高频突变量网络,并推导送出线路两侧保护所测得的高频阻抗,利用高频突变量网络区内外测得阻抗差异性,构造保护判据。最后,利用RT-LAB平台进行仿真,验证了所提方法可实现区内外故障的准确判别,且无需线路两端信息实时同步。

子模块故障下基于变执行频率的MMC功率损耗优化控制

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)因其高度模块化和低谐波失真而逐渐成为最适合大功率应用的拓扑之一。当子模块(submodule,SM)发生故障时,故障桥臂中SM电容电压和开关频率将升高,这会导致MMC故障桥臂的功率损耗不平衡,从而影响MMC的寿命。文中提出一种基于变执行频率的功率损耗优化控制(variable execution frequency-based power losses optimization control,VEF-PLOC),该控制通过调整电容电压平衡控制的执行频率来调节功率器件的开关损耗,从而优化故障桥臂中功率器件的损耗。提出的VEF-PLOC能够优化SM故障下故障桥臂功率损耗,从而有效地提高MMC的寿命。最后,在时域专业工具PSCAD/EMTDC上进行仿真,并在小型MMC样机上进行实验,仿真和实验结果皆验证了提出的VEF-PLOC的有效性。

自升式海工平台升降系统改进优化设计

以自升式钻井平台改造为自升式风机作业平台为研究对象,以提升升降系统抬升能力及安全性为目标,通过对升降系统的抬升齿轮、驱动电机、动力系统、控制与检测系统进行选型计算,选择满足平台需要的合适的设备替换旧系统,使升降系统满足预定用途,同时满足规范及安全性要求。通过抬升试验及FMEA验证了改造后的系统的稳定性。

多重化逆变电源在有心感应电炉的应用

传统有心感应电炉的供电由感应器、平衡电抗、电容平衡电路组成,一般采用调压器分档接触器控制感应器电压,调节感应器的功率。接触器切换电压挡位,造成感应器熔沟巨大的电流冲击,是影响感应器的稳定运行及寿命主要因素。本电源装置是基于双DSP+双FPGA+CPLD核心控制器的控制装置,主要由主电路部分、控制部分组成。主电路部分主要包括:空开、主接触器、软启动限流电阻和辅助接触器、滤波器和功率单元体构成的换流链。控制部分通过对电网电压电流、负载电流、补偿电流进行控制,最终实现功率控制的目的:直流侧电压动态均压策略;较高开关频率下的功率器件驱动和散热设计;滤波器的设计和应用。基于低压器件H桥级联实现高压功能的硬件设计应用。探索一种新的供电方案,保障供电安全,降低能耗,营造“绿色电网”具有十分重要的现实意义。

含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频动态特性研究

鉴于含定速与变速机组的抽水蓄能电站安全、稳定、高效联合运行是充分发挥变速机组技术优势的关键,基于数值仿真方法,开展含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频动态特性研究。首先建立含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频仿真模型,然后分析定速与变速机组单独运行一次调频动态特性,最后分析定速与变速机组联合运行一次调频动态特性。结果表明,相同的调速器和变频器参数下,变速机组频率阶跃减的幅值越大,动态响应时间越长、速度越快;频率阶跃增幅值越大,动态响应时间越短、速度越快;定速与变速机组联合运行可提高定速机组的出力和有功功率动态响应速度及变速机组的出力动态响应速度,但对变速机组的有功功率动态响应速度的影响较小。

转子偏心对永磁同步电动机电磁力特性的影响

目的永磁同步电动机在变频供电下运行时,转子偏心将加剧电动机的电磁振动,并加大电动机电磁力特性的分析难度。为了研究永磁同步电动机转子偏心时的电磁力特性,方法提出一种快速电磁力特性解析分析方法,在建立电动机永磁体磁动势、定子绕组基波及谐波磁动势、气隙磁导函数的解析模型的基础上,构建电动机无偏心、静态偏心、动态偏心时径向电磁力的解析分析模型,并研究电动机电磁力的阶数成分、频率成分特征。结果经分析发现,与电动机不偏心时电磁力的阶数r和频率成分fk相比,电动机静态偏心、动态偏心时均会增加阶数为r±1和r±2的电磁力;电动机静态偏心时,新出现的电磁力的频率成分为fk;电动机动态偏心时,新出现的电磁力的频率成分为fk±f1/p,fk±2f1/p。搭建电动机本体和矢量控制电路结合的联合仿真模型,该模型能够反映电动机不同运行状态下绕组电感、永磁体磁链等参数的变化,利用该模型分别仿真分析电动机无偏心、静态偏心和动态偏心带载运行时径向电磁力的阶数成分、频率成分。仿真分析结果与解析分析结果相符,验证了本文解析分析方法的正确性。结论研究结果可为电磁振动的削弱、电动机故障的预测与诊断提供理论依据。

扬程特性关联下矿井主泵排水智能控制方法研究

矿井下常常存在地下水渗积问题,通过控制主泵出水压力,能够有效地排除积水,保持井下环境相对干燥,增强煤矿地下环境的安全性。但由于矿井下的透水后压力负荷通常是不确定的,单纯以压力为传感信号的主泵排水控制的稳定性会受到较大影响,当前排水多以人工观测为主,排水控制智能化实现难度较大。提出一种扬程特性关联下矿井主泵排水智能控制方法。分析矿井下大功率变频式主泵的扬程特性(H-Q),获取变频式主泵排水压力和扬程特性(H-Q)之间的关系。利用这一关系作为传感信号,采用解耦补偿器和神经网络,利用神经网络在线调整比例、积分和微分(proportional integral derivative,PID)控制参数,组建大功率变频式主泵出水压力智能控制器,实现泵出水压力智能控制。通过实验分析证明,研究方法应用后在22 s左右矿井主泵达到最佳状态,过程中产生的相对误差均在0.5%以下。在多次迭代控制下,所提方法的控制延误始终低于0.1 ms。