变速恒频风力发电系统变桨距自抗扰控制

由于风能的随机性及气动效应的影响，变速恒频风力发电系统具有强非线性，难于实现高精度控制，输出电能质量较差。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能，该文在分析变速恒频风力发电系统变桨距控制研究现状的基础上，基于自抗扰控制理论设计风力发电系统变桨距控制器。建立了风机及变桨距机构模型，以转速为量侧输入设计扩张状态观测器，观测系统状态及风速扰动，利用前馈环节予以补偿；同时，根据状态偏差配置非线性结构，抑制转速偏差。在随机风、阶跃风及阵风作用下对设计的自抗扰控制器进行数字仿真，结果表明基于自抗扰控制理论的变桨距控制器具有良好的动态性能及对风速扰动的鲁捧性，能够有效改善变风力发电系统桨距控制效果，工程实用价值较高。     

PWM激励下异步电机铁耗等值电阻模型

通过分析PWM激励下异步电机铁耗变化的特点,提出了一种综合考虑电机运行工况和PWM波形特性的铁耗等值电阻模型。基于铁耗分离原理,使用三个电阻分别等效电机铁耗的磁滞分量、经典涡流分量和异常涡流分量,并推导了正弦激励下各个电阻分量的表达式;进而通过分析PWM激励与正弦激励下铁耗间关系,对正弦激励下铁耗模型进行修正,获得PWM激励下铁耗模型;最后提出了确定该模型参数的实验方案。所建模型中各个电阻分量随电机运行频率和PWM波形的调制系数变化而变化,且变化规律各不相同,提高了电机铁耗计算的准确性。仿真和实验验证了该模型的正确性和有效性。     

不对称电网故障下风力发电系统机械载荷分析(英文)

在风电机组单机容量不断增大、装机总量持续攀升的现有形势下,风力发电系统面临着电网故障穿越运行等日益复杂的运行工况,对电气性能和机械部件均提出了严峻挑战。本文针对风力发电系统的运行特点,从电网电压对称跌落、电网电压不对称等工况下风力发电运行稳定角度出发,基于联合建模思想构建风力发电系统模型,并对其可信度进行评估。在此基础上,研究电网故障特别是不对称故障对叶片与塔架机械载荷的影响机理。研究结果表明,在电网电压跌落、电网不对称等工况下,风力发电系统的电磁转矩将产生振荡,对叶尖摆振模态和塔架侧向弯曲模态模态带来较大影响,增大叶片、塔架等部件的机械载荷,而电网对称及不对称故障对叶尖挥舞模态以及塔架前后弯曲模态的影响程度有限。     

变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID控制

针对变速风机非线性强、转动惯量大、转轴机械阻尼随转速变化的特点,提出了变速恒频风力发电系统风机转速非线性PID(nonlinear-PID, NLPID)控制策略,仿真研究表明,非线性PID控制响应快,超调小,受系统参数变化的影响较小,控制精度高,具有一定的适应性和鲁棒性。此外,该文设计了基于模糊规则切换的模糊PID-PID双模变桨距控制器,在此基础上对变速恒频风力发电系统在全风速范围内的运行进行了数字仿真研究。在高于额定风速时,通过变桨距控制器调节桨距角,系统能较好地将功率限制在额定值附近;在低于额定风速时,通过模糊推理,系统能够在免测风速的情况下给出转速参考信号,实现最大风能捕获或恒转速运行。     

基于定子磁链的双馈风力发电系统矩阵变换器调制策略

将矩阵变换器的输入和输出变量映射到双馈风力发电系统定子磁链定向的dq坐标系,提出双馈风力发电系统定子磁链定向的调制策略,得到零序分量传递方式的结论;明确调节过程的物理意义,简化各开关占空比的计算过程,在保证输入功率因数可调的情况下,实现双馈风力发电系统有功、无功解耦控制,抑制输出电压、电流的谐波分量.并在一台矩阵变换器励磁的4极双馈风力发电系统应用上述调制策略.结果表明：该调制算法具有良好的动态性能,能有效改善风力发电系统输出电能质量,减少对电网的谐波污染,具有工程实用价值.     

基于多核并行计算的永磁同步电机有限集模型预测控制策略

有限集模型预测控制算法存在较长程序执行时间与较短控制周期之间的矛盾,算法执行效率低于传统线性控制算法,进而影响开关频率与控制精度的进一步提高.针对此问题,结合近几年微控制器在多核心领域的发展,以永磁同步电机为被控对象,提出一种基于多核并行计算的有限集模型预测控制策略.由于算法对数据、时序依赖度高,与微控制器中多核心独立运行特点相矛盾,为此,该文设计了双核、四核控制策略架构,并提出数据交换策略和动态标志位.通过搭建实验系统,对所提方法的动稳态性能、附加约束兼容性、程序执行时间进行分析对比,证明了所提方法能够在保持原算法控制性能和控制特点的基础上,有效降低算法执行时间.     

双馈风力发电系统转子电流自抗扰控制

随着双馈风力发电系统在电网中所占比例的增大,增强风力发电系统在电网电压扰动下对转子电流的控制能力、改善机组的稳定性成为关注的焦点.本文在分析双馈电机5阶模型的基础上,提出了双馈风力发电系统转子电流自抗扰控制方案.该方案能够有效观测系统d、q轴间的交叉耦合以及电网电压扰动并加以前馈补偿,削弱了扰动因素对控制性能的影响;同时通过非线性状态误差反馈控制率抑制转子电流波动.数字仿真表明该控制系统在电网稳定时能够实现系统有功、无功的精确解耦;在电网故障时,较好地抑制电网电压扰动对转子电流影响,改善风力发电系统的并网运行能力.控制系统具有良好的动态响应性能,鲁棒性强.     

不平衡电网电压条件下PWM整流器功率谐振补偿控制策略

针对电网电压不平衡时脉宽调制型整流器功率波动的问题,建立不平衡电网电压下整流器在同步旋转坐标系中的数学模型,提出一种功率谐振补偿控制策略。该策略在传统电网电压定向矢量控制方法中增加功率脉动补偿环节,补偿环节采用在两相同步旋转坐标系中实施的比例谐振(proportional resonant,PR)功率控制方案。控制系统运行时无需对不平衡电流和电压进行正、负相序分解,并可同时抑制整流器输出的有功和无功功率波动,改善系统动态和稳态性能。仿真与实验结果证明了控制策略的正确性和有效性。     

基于定子磁链的双馈风力发电系统矩阵变换器调制策略

将矩阵变换器的输入和输出变量映射到双馈风力发电系统定子磁链定向的dq坐标系,提出双馈风力发电系统定子磁链定向的调制策略,得到零序分量传递方式的结论;明确调节过程的物理意义,简化各开关占空比的计算过程,在保证输入功率因数可调的情况下,实现双馈风力发电系统有功、无功解耦控制,抑制输出电压、电流的谐波分量.并在一台矩阵变换器励磁的4极双馈风力发电系统应用上述调制策略.结果表明:该调制算法具有良好的动态性能,能有效改善风力发电系统输出电能质量,减少对电网的谐波污染,具有工程实用价值.     

双馈风力发电系统双PWM变换器比例谐振控制

在双馈风力发电系统功率变换器及发电机数学模型的基础上,结合比例谐振(proportional resonant,PR)控制器的特性,提出了双脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)变换器PR控制策略。该方法充分利用了PR控制器能够在静止坐标系下对交流输入信号无静差控制的优势,将矢量控制策略下的有功电流和无功电流分量转换到静止坐标系下进行调节,实现网侧变换器维持直流电压稳定和调节功率因数的控制任务和双馈电机有功、无功功率的解耦控制,与传统的双闭环PI控制相比,该策略无需繁琐的坐标旋转变换,不存在受温度及电路参数影响的耦合项和前馈补偿项,且易于实现对系统低次谐波电流的补偿,减小了控制算法实现难度,提高了控制系统的鲁棒性和电网电能质量。