基于LADRC和准PR控制的风电并网逆变器控制策略

为了稳定风电并网逆变器直流母线电压的波动,提高其动态响应速度并减少并网电流中的谐波含量,本文提出了LADRC+准PR双环控制策略.首先根据两电平风电并网逆变器的拓扑结构建立其数学模型;然后,根据数学模型设计电压外环二阶LADRC控制器和电流内环准PR控制器代替传统的PI控制器,同时对两种控制器的参数进行了设计并整定;最后,在Matlab软件中构建仿真模型,进行了仿真分析和波形对比.结果表明:相较于传统的双闭环PI控制策略,新型控制策略不仅能够快速地稳定直流母线电压,而且交流侧电流的总谐波失真小;并且在电网电压发生扰动的工况下,仍有较好的控制性能.综上所述,基于LADRC和准PR控制的风电并网逆变器控制策略具有较好的抗扰性和优越的鲁棒性.

基于中性点对地电压高频开关振荡的变频电机绕组内部绝缘在线监测

绝缘状态在线监测是提高变频电机可靠性的有效手段。在高速PWM开关暂态激励下,电机绕组漏感与内部分布电容发生谐振会产生几十至几百k Hz的电压振荡,威胁绕组内部绝缘安全可靠运行。该文利用逆变器自激高频开关振荡在线监测绕组内部绝缘状态。为避免开关振荡多模态混叠并提高状态监测灵敏度,提出一种基于中性点对地电压高频开关振荡的绝缘在线监测方法。首先,分析变频电机共模电压激励特性;然后,研究中性点对地电压高频开关振荡的形成机理与特性,从理论上推导出振荡频率与绕组内部绝缘电容状态之间的关系。设计绕组内部绝缘在线监测方案,包括开关振荡频率提取以及内部绝缘状态评估等。最后,通过热疲劳与老化模拟等实验对该方法的可行性与有效性进行验证。结果表明,该方法能有效监测变频电机内部绕组绝缘状态的微弱变化,具有信噪比高、工况鲁棒等优点。

适应于逆变型风电接入系统的改进故障序分量选相方法

针对传统故障序分量选相元件在逆变型风电接入系统中可靠性较低的问题,提出了一种改进的故障序分量选相方法。首先,分析在最新风电场低电压穿越策略下,风电侧的故障序阻抗特性及传统故障序分量选相元件的适应性。然后,利用负正序、负零序阻抗相位差等效正负序、零负序电流分支系数相位差,以补偿传统序分量选相判据的相角误差。最后,采用补偿后的故障序电流相位差作为选相判据,实现了故障相的判别。同时通过调整零负序选相分区,使其具有较好的耐过渡电阻能力。仿真实验表明,在不同故障类型、故障位置和过渡电阻下改进选相方法均能可靠地选出故障相。

基于BP神经网络算法的超声电源频率追踪技术

超声振动系统主要由超声换能器和超声复合加工电源组成。其中超声换能器在加工过程中受到多种因素影响,会发生谐振频率漂移现象;超声复合加工电源需要输出对应频率的电信号,保证超声振动系统的稳定工作。为避免超声换能器损坏,设计一种基于BP神经网络算法的控制模型,通过分析超声电源运行历史数据来实现对超声电源输出频率的控制。利用Multisim对电路进行仿真,并通过试验采集理论谐振频率在25 kHz的超声换能器稳定工作时超声复合加工电源的输出信号,通过Matlab建模仿真来验证BP神经网络模型的控制精度和可靠性。结果表明,产生的模拟输出与实际输出频率最大误差不超过5%,有助于超声复合加工电源的稳定工作。

超声波测风系统的设计及低速风洞试验分析

本文主要探究了超声波测风系统的软硬件设计内容,并通过风洞标定试验对本系统的应用效果进行了验证。该系统的主控单元采用低功耗、高性能的MSP430F5528单片机,使用TDC1000收发一体超声波换能器,获取顺风和逆风下超声波信号的飞行时间,并通过时差法求得风速。试验结果表明,本系统的风速测量结果与风洞实际风速十分接近,误差在0.04 m/s~0.08 m/s,超声波测风精度较高,达到了设计预期。

基于模型预测VSFPWM的串联绕组逆变器电磁干扰抑制研究

脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)逆变器开关过程产生的共模电磁干扰(Electromagnetic interference,EMI)会对系统产生显著的负面影响。以新型的串联绕组逆变拓扑结构为研究对象,采用基于电流纹波预测模型的变开关频率脉宽调制技术(Variable switching frequency PWM,VSFPWM),同时考虑实际逆变系统中电感饱和效应的影响,实现对电流纹波的精确控制,完成共模电磁干扰的抑制和开关损耗的降低。提出串绕组拓扑下考虑电感饱和的模型预测变开关频率策略,通过仿真和试验对比分析不同变频开关频率调制策略下的电磁干扰抑制效果、输出电流质量及开关损耗等性能。仿真和试验表明该策略能够有效抑制共模电磁干扰、降低开关损耗,并确保输出电流的波形质量。

基于两种反距离加权插值的海上风电施工船作业预报对比

结合反距离加权法提出两种获得非固定格点处施工船舶可作业率的插值流程,并进行对比。对比采用空间分辨率为(1/12)°的法国气象局全球海浪预报数据,以180 m起重船海上风电机组大直径单桩基础施工为海上风电施工船舶典型作业,并选择我国拟规划的海上风电场典型海域待开发海域均匀分布的144个插值点进行计算对比。结果表明:采用这两种反距离加权插值流程获得的施工船舶可作业率极为接近,144个插值点采用两种流程的船舶可作业率误差均在1.5%内,这在工程应用上可认为是精度等效,可在不同应用场景下相互替换。

基于边界圆限定的风电并网逆变器模型预测功率控制

随着风电机组单机容量不断增长,要求风电并网逆变器的开关频率较低以降低损耗,为此提出一种新型单边界圆限定模型预测功率控制策略。该策略根据当前时刻功率误差与预设边界圆的位置关系决定下一时刻最优矢量的选择原则,无需复杂的坐标变换即可将功率误差限制在系统允许范围内,同时通过选取合适的边界圆半径减小了风电并网逆变器的平均开关频率。最后,在Matlab/Simulink仿真软件中验证了该策略的有效性和正确性。

风力发电变流器关键参数在线监测与异常诊断算法优化分析

阐述变流器关键参数在线监测技术的特点,探讨异常诊断算法在风力发电系统中的应用,提出优化措施,包括提升数据质量、应用智能诊断算法、多源数据融合、实时监测与预测、持续优化措施。

风光接入水电站对水电出力的影响浅析

金沙江流域水能、风能、太阳能资源丰富,其中风光发电的出力受天气、风速等影响呈现出间歇性和不稳定性。风光发电输出是直流电,需要使用逆变器将其转换为交流电才能并网,高频工作状态下,逆变器容易产生高次谐波污染电网。提出利用金沙江流域风光能源在水电站建设配套抽水蓄能设施,实现水风光互补增加水电站出力及水电站年发电量。

基于换相阈值精准计算的三电平逆变器故障行为挖掘

三电平结构在高压功率下可实现交流电机的变频调速,但是由于死区时间的引入,导致系统控制性能变差,输出的电压与电流发生畸变,甚至会导致电动机发生机械谐振。为有效控制电压波形的分布,提出基于换相阈值精准计算的三电平逆变器故障行为挖掘方法。计算非导与导通绕组电感的具体数值,完成逆变器故障行为建模。按照三电平逆变器结构定义故障行为表现区间,得到准确的换相阈值计算结果,实现对三电平逆变器的故障检测。实验结果表明,电压传输波的极大值不超过257.5 V、极小值不低于134.8 V,符合有效控制电压波形分布形式的要求。

一种用于永磁同步发电机倍频噪音抑制的控制方法

由于永磁同步发电机结构设计存在不可避免的偏差,以及风电变流器开关器件的非线性特性,永磁同步发电机的输出转矩存在一定的脉动。然而,电机较大的转矩脉动会增加风电机组系统的机械应力,加速部件磨损,产生噪声和振动,影响塔筒寿命,从而影响整个系统的稳定性和可靠性。针对国内某厂家3.2 MW风电机组发生机组噪声大、振动明显问题,提出了一种基于负载电流的主动谐波注入自适应转矩脉动抑制控制方法,通过理论研究及现场分析测试,该方法有效降低了该款机型76%以上的噪声和振动。该方法针对发电机机侧产生的5次、7次电压谐波,通过在机侧变流器控制算法中注入5次、7次补偿电流,该电流与基波永磁磁势相互作用,保持电机内部总磁链接近于期望值,降低发电机振动频率。并通过现场数据实测,选定每个转速段固定的消谐参数,实现倍频噪音抑制的目的。

超声波焊接仪器原理研究及实现

超声波技术在工业焊接领域应用广泛,而目前的超声波发生器由于逆变电路、高频变压器的设计局限性,大部分无法匹配不同型号的换能器。为了解决这一问题,研究了超声波发生器主体结构及工作原理,设计了一套由单端反激式逆变电路、高频变压器、串联匹配网络构成的超声波发生器。完成了逆变电路、开关管及高频变压器的设计,并在考虑了谐振、滤波等因素后选择了具有滤波作用及良好变阻性的L-C匹配网络。经过对匹配网络原理的分析,给出了各组匹配网络中元件的理论数据。对整体电路参数模型进行了仿真测试及实物整机实验测试,证明了此设计可以匹配多频段的超声波换能器并可长时间保持稳定的工作状态。

弱电网下海上低频风电系统网侧控制和稳定性分析研究

低频交流输电技术广泛应用于海洋风电的输送,但其送出的电流质量和系统稳定性会受到网侧变流器和弱电网线路阻抗的影响。文章针对海上低频风电系统的网侧控制,研究了αβ坐标系下基于虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制方法,并引入虚拟阻抗环节实现VSG的功率解耦,使得网侧变流器能在电网频率突变时自发调频,提高了其并网电能质量和弱电网下的稳定性。考虑到VSG并网系统与弱电网之间的交互作用,利用谐波线性化方法建立了αβ坐标系下VSG并网系统的序阻抗模型,结合阻抗分析法和Nquist稳定判据分析了并网系统在弱电网下的稳定性。最后,通过仿真验证了分析的正确性。

柔性直流送出系统交流线路的自适应距离保护方法

柔性直流系统接入使得电网故障特征发生明显改变,传统距离保护应用于柔性直流送出系统交流线路时存在不正确动作风险。针对该问题,指出了基于正序电压极化的距离保护动作特性受柔性直流系统控制策略影响的规律,阐明了柔性直流近端或电网侧背后发生相间故障时拒动或误动的机理。在此基础上,提出了结合暂态信息的自适应距离保护方法,利用故障初瞬自然响应阶段时域信息,构建快速方向判别元件,再结合方向判别结果自适应调整距离保护动作范围,保证距离保护正确动作。实时数字仿真试验结果验证了所提方法的有效性。

Design of a 35 kV high-temperature superconducting synchronous machine with optimized field winding

This paper proposes the application of high-voltage stator-cable windings in superconducting machines,based on the characteristics of strong magnetic fields and large air gaps.Cross-linked polyethylene cable winding can be employed to achieve a rated voltage of 35 kV in direct-current(DC)-field superconducting machines,thereby enabling a direct connection between the superconducting machine and the power grid,eliminating the need for transformers.We first,through finite element analysis,demonstrate that the proposed high-voltage high-temperature superconducting machine not only meets the requirement of a 35 kV-rated voltage,but also exhibits minimal flux leakage,torque fluctuation,and harmonic distortion.We then compare three candidate types to discuss the tradeoff between the multi-group superconducting field winding arrangement and machine performances.We propose inverted trapezoidal superconducting field winding as a promising candidate,because it has minimal superconductivity material usage,the largest safety margin for the superconducting coils(SCs),low thrust ripple,and low total harmonic distortion with the desired 35 kV-rated voltage.Finally,through large-scale design parameter sweeping,we show how we selected the optimal parameters for field winding and validated them by the finite element method.

基于混合逆变器的开绕组永磁同步电机驱动系统简化模型预测控制

为了解决混合逆变器开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)系统传统控制策略将电源与电容电压之比控制为某一固定比值的问题,提出一种简化模型预测控制(MPC)策略。根据电机运行需求动态调节两侧逆变器直流母线的电压比值,从而提升电机在不同运行工况下的性能,并拓展OW-PMSM的使用场景。但在电容侧直流母线电压不固定的情况下,传统MPC算法造成的计算负担较大,因而提出简化MPC策略。对两组逆变器精简后的7种待选矢量进行轮流遍历计算,选取最优电压矢量输出,能够在减小计算量、降低开关频率的同时,最大限度地提升d-q轴电流及电容电压控制精度。最后,实验验证了所提出控制策略在电流控制、电容电压控制以及开关频率降低方面均具备有效性。

基于FD-AT-LSTM的大型风电机组变频器温度状态监测

为了对风电机组变频器进行状态监测,提出了一种基于有限差分回归向量和带注意力机制长短期记忆神经网络的大型风电机组变频器状态监测方法。采用最小均方误差变步长自适应滤波方法对输入、输出进行自适应滤波消除数据随机噪声;然后,使用赤池信息准则确定输入输出动态延迟阶次,构建有限差分回归向量,并以有限差分回归向量为输入建立了变频器状态监测模型,之后根据模型残差计算检测指标并通过核密度估计确定检测指标阈值。结果表明:所提出的有限差分神经网络模型相较于其他机器学习方法,在模型评价指标上均有较大提升,该方法可用于大型风电机组的变频器监测及预警,具有良好的工业应用前景。

Hairpin绕组电机电压分布仿真计算与绝缘优化

SiC逆变器驱动下Hairpin绕组电机承受高频、快速变化的复杂脉冲电应力,电机发生绝缘失效的可能性大为增加。为了解电机内部绕组的电压分布情况,对电机的绝缘可靠性做出评估,通过场路耦合有限元法对1台额定电压800 V的Hairpin绕组电机进行电压分布计算,得到了电机绕组中的电压分布规律。通过仿真和实测分析发现:电机的最大相地电压出现在三相绕组的入线端,数值为540V;匝间和相间电压最大值出现在绕组连接电路中串联顺序相距最远而空间上相邻的位置,分别为575V和923V;实测验证了计算结果的准确性,电压最大值处仿真与实测的误差为8%。基于仿真模型,发现30%的匝间或对地电容变化量对绝缘关键位置电压大小的影响不超过5%,并结合Dakin公式对电机的绝缘设计提出优化建议。以上结果可为Hairpin绕组电机的绝缘可靠性评估与绝缘设计提供借鉴。

基于ARID控制系统的固定式海洋风机纵摇控制

针对固定式海洋风机在随机风浪载荷及其联合作用下产生的具有倒立摆运动特征的纵摇,研究采用主动转动惯量驱动系统(Active Rotary Inertia Driver,ARID)对海洋风机纵摇进行控制的问题。ARID控制系统通过伺服电机驱动转动惯性质量产生控制结构摆动的最优力矩,从而减小海洋风机的纵摇运动。基于拉格朗日原理建立海洋风机-ARID控制系统的理论分析模型;采用Simulink对海洋风机-ARID控制系统的有效性进行验证,并分析系统参数(控制算法参数、转动惯量比等)对控制效果的影响规律;设计海洋风机-ARID控制系统的振动台试验,设置多种载荷激励形式,验证控制系统的稳定性与广谱有效性。数值模拟和试验结果均验证了所建立的分析模型的正确性,表明ARID控制系统对风机的纵摇运动具有显著的控制作用,为ARID控制系统在具有倒立摆运动规律的工程结构中的应用奠定理论基础。