无刷双馈风力发电机模型降阶第Ⅰ部分:无刷双馈风力发电机的多时间尺度模型

无刷双馈风力发电机中的3套绕组电流(功率绕组、控制绕组和转子绕组)产生的磁场在电机空间相互作用,绕组间复杂的耦合关系导致无刷双馈电机模型具有高维数特征.为了更有效地对无刷双馈风力发电机进行运行分析与功率控制,充分利用无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,实现模型降阶是必要的.研究了无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,建立了无刷双馈风力发电机的三时间尺度奇异摄动模型,为无刷双馈风力发电机的模型降阶奠定了基础.     

无刷双馈风力发电机模型降阶第Ⅱ部分:模型降阶的合理性分析

无刷双馈风力发电系统是一个多时间尺度高维数系统, 其稳定性分析与控制是非常复杂的. 在实际问题分析中, 具有快变特征的的动态常被略去. 然而, 在什么条件下无刷双馈电机的快动态允许被略去是一个必须回答的理论问题. 以基于物理电路的计及快动态和慢动态的无刷双馈电机模型为基础, 研究了降阶的条件. 研究表明无刷双馈风力发电机在一些可接受的条件下, 降阶是合理的和可行的, 降阶不会引起“质”的错误. 研究结论对简化无刷双馈风力发电机模型以及实现功率调节控制具有重要意义.     

笼型无刷双馈风力发电机有限元分析与仿真

在变速恒频风力发电系统的研究中,无刷双馈电机是一种新型变频调速感应电机,在风力发电方面具有广阔的应用前景。在分析笼型无刷双馈电机工作原理和电磁关系基础上,采用交叉短距式定子绕组抑制高次谐波,运用有限元分析方法详细阐述其电磁设计方法。建立双旋转坐标系无刷双馈电机的数学模型,并对其在各种工况下的性能进行仿真研究。结果表明无刷双馈电机具有良好的动、静态运行特性,证明了无刷双馈电机设计与仿真模型的正确性和可行性,为深入研究无刷双馈风力发电系统奠定了理论基础。     

变速恒频无刷双馈风力发电机及其控制

通过对无刷双馈风力发电机工作原理和运行特性的分析,建立了无刷双馈发电机摹于转子机械坐标系的数学模型,将变结构控制应用到无刷双馈发电机有功功率与无功功率的解耦控制中,分析了其电磁关系和能量平衡关系.使用Matlab/Simulink软件对系统及其控制策略进行了仿真分析.仿真结果表明:变结构控制能够成功地实现风力发电中无刷双馈发电机有功与无功功率的解耦控制,在实现风能的最大功率捕获的同时,可以提供电网需要的无功功率,满足电力系统的需要.     

基于BDFWG降阶模型的最大风能捕获

无刷双馈风力发电系统是一个多时间尺度高维教系统,根据无刷双馈电机的多时间尺度特征,可以得到无刷双馈风力发电系统三种不同的数学模型,即原模型、五阶模型和一阶模型,并且降阶模型与原模型具有一致稳定性.本文根据最大风能捕获原理,利用无刷双馈风力发电系统一阶模型,推导出一种实用型最大风能捕获控制算法.该算法建立在无刷双馈电机降阶模型基础上,与以往控制算法相比,明晰易懂、计算量小、便于操作,是一种实用型的控制算法.     

级联式无刷双馈航空发电机的仿真研究

为了在飞机发动机转速变化的情况下得到恒频恒压的交流电,通过对级联式无刷双馈航空发电机结构和工作原理的分析,建立了级联式无刷双馈发电机转子机械速坐标系的数学模型,提出了定子磁链定向的矢量控制的级联式无刷双馈发电机控制策略,分析了其电磁和能量各平衡关系,研究了励磁系统核心装置SPWM变频器。使用matlab/simulink软件对系统及其控制策略进行了仿真分析。仿真结果表明采用定子磁链定向的矢量控制策略,可以使级联式无刷双馈发电机在转速变化的情况下,保证发电系统输出恒频恒压的三相交流电。     

无刷双馈发电机及其控制策略的仿真研究

给出了无刷双馈发电机的转子机械速dq0数学模型和定子同步速MT数学模型;提出了一种无刷双馈发电机空载并网控制策略,该策略根据定子同步坐标系下无刷双馈发电机有功功率、无功功率给定值,最终得出控制侧定子绕组的电压给定值,将该值进行2r/3s变换后输入SVPWM调制模块,得到的PWM信号用于控制机侧变流器开关管的通断,从而产生定子控制绕组所需的电压、电流;在Matlab/Simulink环境下搭建了无刷双馈发电机及其控制仿真模型,并对无刷双馈发电机在空载、并网状态下的动态性能进行了仿真研究。仿真结果验证了所搭建模型及空载并网控制策略的正确性、有效性。     

无刷双馈调速电机无源性分析及自适应控制

应用无源性控制理论从能量角度研究了无刷双馈电机控制系统.建立了无刷双馈电机的欧拉方程,并将其分解为电气和机械两个无源子系统的反馈并联,以此说明在设计控制器时只需考虑电气子系统,简化了控制算法.设计了电机的转矩和转速控制器.在此基础上,考虑电机功率及控制绕组电阻在运行中可能发生变化.设计自适应控制器以提高系统的鲁棒性.仿真结果表明此控制策略能快速地跟踪速度给定.动静态响应能力较好,且具有全局稳定、系统鲁棒性好的特点.     

无刷双馈电机的PID神经网络控制

无刷双馈电机(BDFM)兼有笼型、绕线型感应电机和电励磁同步电机的共同优点,在电气传动和风力发电中具有很好的应用前景.由于无刷双馈电机两套绕组形成的复杂空间耦合关系,使得基于模型的控制方法异常复杂,为此设计了一种PID神经网络(PIDNN)的无刷双馈电机的控制方法,经过训练的PID神经网络控制器能够实现准确的转速跟踪,且有较好的动态特性,仿真结果验证了这种控制方法的有效性.     

无传感器双馈异步风力发电机直接转矩控制

针对有传感器控制的若干缺点,提出一种新塑无传感器控制方法,其采用基于模型参考自适应模块的闭环算法辨识双馈异步风力发电机的转速和转子位置;利用仿真工具Matlab7.1/simulink和S-Function构造仿真模型,仿真结果表明,其具有很好的动态和稳态性能,转速和转子位置观测精度较高,通过控制发电机的转矩、调节发电机转子转速,稳定了发电机输出电能的频率,达到了双馈异步风力发电机平滑稳定的调速目的,适合于双馈异步风力发电系统的变速恒频运行.     

矩阵变换器励磁控制的无刷双馈风力发电系统

应用在双馈风力发电系统中的功率变换器必须具有功率双向流动的能力, 交直交循环变流器和交交矩阵变换器都可满足功率的双向流动要求. 而矩阵变换器能同时提供正弦的输入电流和输出电压, 输入电流可调节为超前、滞后或同相于输入电压, 输出电压可实现幅值、频率和网侧功率因数的独立控制. 利用矩阵变换器, 通过控制无刷双馈电机控制绕组的电压幅值、频率, 为风力发电系统提供励磁. 压频比控制器采用模型参考模糊自适应控制策略, 对电机的转速和功率因数进行控制. 采用DSP,CPLD构建了基于四步换流方案的矩阵变换器实验励磁系统, 仿真和实验结果验证了系统设计的正确性、可行性和稳定性, 为矩阵式变换器的实际应用提供了实验基础.     

双馈感应风力发电机组的滑模直接电压控制

为解决PI矢量控制动态响应慢且依赖电机精确参数的问题, 本文将滑模控制与空间矢量调制结合, 提出了一种开关频率固定的滑模直接电压控制(SMDVC)方法, 以实现双馈感应电机(DFIG)的电网同步控制. 实验结果表明, 提出的SMDVC方法具有比PI矢量控制更好的动态性能, 即使在电网电压不平衡工况下, 也能较好地控制DFIG定子电压实现对电网电压的精确跟踪.     

无刷双馈电机自抗扰控制方法

针对无刷双馈电机非线性强耦合特性, 提出一种实现其高性能控制的自抗扰控制方法. 在控制电机同步坐标系下, 设计磁链自抗扰控制器和转速自抗扰控制器, 对系统内部的耦合影响和系统外部扰动进行观测和补偿, 实现非线性系统线性化控制. 该控制器具有较强的鲁棒性, 且不依赖电机模型. 仿真对比结果表明, 自抗扰控制器能够准确地估计和补偿系统的内外扰动, 控制精度高, 抗扰能力强, 能够实现磁链和电磁转矩的解耦, 进而实现磁链和转速相互独立控制, 是一种简单有效的高性能控制方法.

     

一类多时间尺度机电耦合系统降阶及稳定一致性

针对一类机电耦合系统,讨论了非线性多时间尺度系统与其相应的简化降阶系统稳定性一致问题,给出了稳定一致性的条件;讨论了多时间尺度系统(原始系统)和降阶系统的稳定域边界问题,分析了非线性多时间尺度系统稳定域边界对摄动参数ε的连续依赖性,给出了稳定边界对ε连续依赖的条件.研究表明不论对系统的平衡点稳定性还是稳定域来说,在可接受的条件下略去快动态是合理的.     

改进型双馈风力发电机最大功率点跟踪策略

针对传统双馈风力发电机最大功率点跟踪极值搜索策略将正弦信号作为搜索信号而很难将正弦信号从总的输出信号中区分出来的问题,提出了一种利用风湍流作为极值搜索信号的改进型最大功率点跟踪策略。该改进策略对叠加风湍流的叶尖速比和功率系数进行傅里叶变换,获得相位差信息,从而确定叶尖速比变化方向,使双馈风力发电机达到最佳运行工作点。仿真结果表明,该改进策略可控制风力发电机转速较好地跟踪风速变化,实现了额定风速以下运行区域的最大风能捕获。     

双馈风电机组低电压穿越能力的应用研究

近几年来,风电机组容量快速增长,为了维持电力系统的安全稳定运行和保证风电场并网安全,对风电场提出低电压穿越的要求是必要的。低电压穿越要求是电力系统功率平衡与频率稳定的需要,也是局部电网电压稳定及电压恢复的需要。为最大限度减少大规模风电接入系统对电网的影响,对风电机组提出了更高的要求,即风电机组具有一定的低电压穿越能力。介绍了变速恒频双馈风电机组的基本结构,建立了双馈风电机组动态数学模型。以Matlab/Simulink为仿真应用平台搭建了系统仿真模型,结合风电场低电压穿越能力要求的相关标准规定,针对不同电网电压跌落的情况下,仿真应用研究了变速恒频风电机组的低电压穿越能力,仿真结果表明:双馈风电机组在电网电压跌落时满足继续并网运行的条件,且为电网电压恢复提供了无功功率,提供的无功功率大小与电网电压跌落程度有关。     

基于线性模型跟随的风力发电功率解耦控制

本文首先对包括风力机、无刷双馈发电机的风力发电系统进行建模, 并通过同步坐标变换分解为两个解耦子系统. 在此基础上, 采用双环控制使系统跟随参考模型的特性. 由功率特性曲线可知, 某一风速对应特定的最大功率. 针对无刷双馈发电机的复杂结构, 在控制系统的内环采用自抗扰控制, 可以很好的实现功率解耦控制; 外环采用线性模型跟随控制, 使得发电机能够很好的跟随模型特性. 仿真结果表明, 双环控制器可以使系统的输出功率快速的跟踪给定的功率, 实现完全模型跟踪, 证明了控制算法的有效性.