附加阻尼控制下风电机组机网耦合载荷建模及分析

针对附加阻尼控制下风电机组机械载荷问题,开展风电机组机网耦合载荷建模及载荷特性分析研究。采用FAST与Matlab/Simulink软件联合方法,建立综合考虑机组机械特性和电气特性的并网风电机组机网耦合载荷模型。采用所建模型开展附加阻尼控制对机组机械载荷影响的仿真分析,并复现附加阻尼控制下风电机组机械系统与电力系统的机网共振现象。结果表明,所建模型能够表征附加阻尼控制下风电机组机械系统与电力系统的耦合互作用,系统低频振荡会导致机组关键结构出现明显振动载荷,且系统振荡频率与机组机械结构固有振动频率接近时两者共振会急剧加大机组振动载荷。

虚拟惯量控制对直驱风电机组载荷影响的分析及评估

针对虚拟惯量控制诱发风电机组机械载荷的问题,开展虚拟惯量控制对采用直驱永磁同步发电机(D-PMSG)的风电机组载荷影响的理论分析和仿真评估研究。从叶片、塔筒等机械结构低阶模态出发,建立虚拟惯量控制下D-PMSG线性化多体动力学模型,并通过线性化多体动力学模型分析虚拟惯量控制对机组载荷的影响机理。采用软件联合建模方法,构建涵盖永磁同步电机及其控制、电网、机械和气动特性等的D-PMSG非线性机电耦合模型。依据冲击载荷最大值、最大变化幅度百分比及等值疲劳载荷等指标,通过所建立的非线性机电耦合模型仿真分析并量化评估虚拟惯量控制对机组冲击载荷和动态疲劳载荷的影响。结果表明,D-PMSG附加虚拟惯量控制后,电网侧频率突变会使得传动轴和塔底侧向出现显著冲击载荷,且其随虚拟惯量时间常数增大而增大,在湍流风运行工况下机组传动轴和塔底侧向等值疲劳载荷较无附加虚拟惯量控制均有所减小。

四开关Buck-Boost变换器的三模式控制方法研究

针对四开关Buck-Boost变换器在两模式运行时,其输入输出电压接近时模式切换频繁以及开关管难以运行在极限占空比下的问题,提出了一种基于平均电流控制的Buck、Buck-Boost、Boost三模式切换策略。该策略在原有Buck、Boost两模式的基础上,通过检测输入电压单元来控制调制信号偏置电压,实现四开关Buck-Boost变换器在Buck、Buck-Boost、Boost三模式下平滑切换,使开关管在宽输入电压范围内工作在有效占空比区间。通过使用平均电流控制来限制电感电流变化,确保变换器的安全可靠运行。最后搭建saber仿真模型和硬件实验平台,验证了所提控制策略的可行性。

虚拟同步控制下双馈风电机组传动链动态特性分析

虚拟同步发电机针对(VSG)控制对风电机组机械结构影响缺乏认知问题,开展VSG控制下双馈风电机组(DFIG)传动链动态特性分析研究。建立计及传动链柔性的DFIG模型,并通过转子侧变流器实现DFIG的VSG控制。考虑电网频率冲击扰动与风速持续扰动两种情况,通过所建模型仿真对比VSG控制和传统矢量控制下DFIG传动链动态特性,并分别从时域和频域分析VSG关键控制参数对传动链动态特性的影响。结果表明,DFIG运行于VSG控制模式时,电网频率冲击扰动在其传动链激励出大幅度的冲击性自由扭振,风速持续扰动引发其传动链出现大幅度的持续性受迫扭振和幅度较小的持续性自由扭振,且VSG关键控制参数对自由扭振强度影响显著。

LCL电压型整流器模型预测优化控制

传统的LCL整流器模型预测控制需要附加有源阻尼算法MPC-AD(model predictive control-active admping)来消除LCL滤波器引起的谐振问题,此时由于网侧电流由整流器侧电流间接控制,导致其控制性能不佳。为此提出了一种基于LCL滤波的电压型整流器VSR(voltage source rectifier)有限控制集模型预测优化控制策略。利用模型预测控制中多变量控制的特性,通过构建单个代价函数同时控制网侧电流矢量、滤波电容电压矢量以及整流器侧电流矢量(MPC-i_(1)i_(2)u_(c)),无需状态变量反馈有源阻尼,然后通过所构造的代价函数J来选取下一时刻最优开关状态作用于系统。为验证所提出方法的可行性,进行仿真实验并搭建测试样机。通过与传统的MPC-AD控制方法进行比较,验证了所提优化控制策略的可行性与优越性。

不平衡电网下PWM整流器功率补偿预测优化控制

PWM整流器广泛应用于并网电力转换系统,然而电网电压不平衡可能导致电能质量下降,影响变换器的正常运行。为了改善电网电压不平衡情况下的电能质量,针对PWM整流器提出了带功率补偿的模型预测功率控制(MPPC)策略。该方法通过使用电网电压、电流及其90°滞后信号在αβ静止坐标系中的分量计算功率补偿值,而无需复杂的正负序分量提取。此外,针对有限控制集模型预测功率控制(FCS-MPPC)由于开关频率可变而导致控制变量高波动的问题,提出了一种优化开关序列的模型预测功率控制策略(OSS-MPPC)。该方法基于多矢量合成,并通过对开关序列优化实现了固定开关频率控制,在消除有功功率脉动的同时显著改善了网侧电流质量。当电网处于不平衡状态时,通过与传统FCS-MPPC的仿真和实验结果进行对比,验证了PWM整流器可在所提OSS-MPPC控制策略作用下连续可靠运行。

一种可工作于CCM模态的高效图腾柱无桥PFC变换器

提出一种具有零电压开通(zero-voltageswitching,ZVS)和零电流关断(zero-current switching,ZCS)的可工作于CCM腾柱式无桥功率因数校正(power factor correction,PFC)电路拓扑。该拓扑在传统图腾柱无桥PFC的基础上,通过增加辅助谐振支路来实现功率开关管(MOSFET)的ZVS导通,同时辅助谐振支路亦可有效地抑制其体二极管电流的di/dt,实现ZCS关断,极大地缓解了MOSFET体二极管反向恢复问题;工作在电流断续模态下的辅助谐振支路,其开关管均能实现零电流开通,变换器的所有开关管均工作在软开关状态。该拓扑克服传统硅基图腾柱无桥PFC的MOSFET体二极管反向恢复问题,以及只能工作在电流断续导电模式或临界导电模式的限制,拓宽其工作范围,与传统图腾柱式无桥PFC电路相比,有更高的效率和功率密度。基于对所提出变换器的工作原理和稳态特性的分析,设计一台实验样机,实验结果验证了该拓扑方案的可行性和有效性。

一种单级隔离型软开关功率因数校正变换器

针对硬开关功率因数校正(PFC)变换器开关损耗大、电磁辐射严重的问题,提出一种具有软开关的单级隔离型PFC变换器。该变换器在一次侧功率管导通和关断时段均能向二次侧传递能量,兼具正激和反激变换器的特性。通过利用隔离变压器的漏感与电容形成谐振使得输出二极管零电流关断(ZCS),同时一次侧主开关管和有源钳位开关管均以零电压开通(ZVS),所有功率开关管均工作在软开关状态,变换器的开关损耗降低。详细分析变换器的工作原理、运行特性以及参数设计,并搭建实验样机,验证了理论分析的正确性和有效性。

风电机组偏航系统故障诊断与寿命预测综述

故障诊断与寿命预测技术是掌握偏航系统故障类型、位置、严重程度及剩余寿命的有效手段,对优化运维检修策略、减少运维费用和发电量损失有重要作用。该文中综述了偏航系统故障诊断与寿命预测研究现状,首先,介绍偏航系统常见故障模式和状态监测数据来源与特点;其次,分别评述基于模型和基于数据驱动的偏航系统故障诊断方法研究现状;再次,重点从理论寿命计算和基于有限元分析的寿命预测两方面,对偏航系统部件(如偏航轴承、制动缸和制动摩擦片等)的寿命预测研究现状进行综述;最后,从偏航系统状态监测数据分析、故障诊断、寿命预测和寿命管理等方面提出研究要点及趋势。

基于感应电机电流纹波峰值的可变开关频率脉冲宽度调制

与广泛使用的固定开关频率脉宽调制(CSFPWM)策略相比,采用可变开关频率脉宽调制(VSFPWM)可在一定程度上消减电流功率谱密度尖峰,从而降低电机的窄带噪声和系统的传导电磁干扰(EMI)。该文首先基于坐标变换推导出感应电机定子电流纹波峰值的解析表达式,在此基础上提出一种减少开关损耗的VSFPWM策略:在满足最大纹波峰值的约束条件下,根据定子电流纹波与调制比及相位的关系,得到一种可变开关频率的确定方法,通过改变开关频率降低逆变器开关损耗。最后对所提出的调制策略进行理论分析和仿真验证,并搭建了15kW感应电机对拖实验平台,通过分析定子电流及MOSFET的温升情况,验证了可变开关频率脉冲宽度调制(PWM)策略的可行性和有效性。