无刷双馈风力发电机的最大风能追踪控制策略

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双馈风力发电机及控制原理

双馈风力发电机及控制原理
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2009-4-1
风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 不同类型的风机 水平轴风机 Second level Third level Fourth level Fifth level 永磁直驱型风机
垂直轴风机
2009-4-1
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风力发电简介
• • • •
– 按风轮机类型分(风能到机械能) Second level • 水平轴、垂直轴 • 定桨距、变桨距 Third level • 单叶片、双叶片、三叶片、多叶片 Fourth level • 定速型、变速型 – 按发电机类型分 (机械能到电能) Fifth level
• • • • 鼠笼式 绕线式 同步/永磁式 其他新型电机(开关磁阻电机、横向磁场电机、高压电机)
2009-4-1
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风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 基于鼠笼式异步电机的风电机组 Second level Third level Fourth level Fifth level
变速箱 电网 变速箱 鼠笼式电机 鼠笼式电机 无功补 偿电容 无功补 偿电容 (a) (b) 变速箱 电网 滤波器 鼠笼式电机 无功补 偿电容 (c) 变速箱 滤波器 鼠笼式电机 (d) 电网
2009-4-1
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风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 中国风电市场发展 – 电机、齿轮箱、叶片等设备已实现国产化; Second level – 电控系统国产化程度低,被国外设备占据。 Third 1997-2008 level 年中国风力发电总装机容量(除台湾省) Fourth level Fifth level

无刷双馈电机的控制方法研究

无刷双馈电机的控制方法研究

无刷双馈电机的控制方法研究一、本文概述随着电机技术的不断发展和应用领域的日益扩大,无刷双馈电机作为一种高效、节能的电机类型,受到了广泛关注。

无刷双馈电机以其独特的结构和工作原理,在风力发电、泵类负载、电动汽车等领域展现出显著的优势。

然而,无刷双馈电机的控制方法一直是研究领域的热点和难点。

因此,本文旨在深入探讨无刷双馈电机的控制方法,以提高其运行性能,推动其在各个领域的广泛应用。

本文首先介绍了无刷双馈电机的基本结构和工作原理,为后续的控制方法研究奠定基础。

接着,文章综述了目前无刷双馈电机控制方法的研究现状,包括传统的控制方法和近年来新兴的控制策略。

在此基础上,文章重点分析了无刷双馈电机的数学模型和控制系统设计,详细阐述了各种控制方法的实现原理和应用效果。

本文还探讨了无刷双馈电机控制方法在实际应用中的挑战和解决方案,如参数辨识、动态性能优化等问题。

通过案例分析,文章展示了无刷双馈电机控制方法在具体领域的应用实例,验证了其可行性和有效性。

本文总结了无刷双馈电机控制方法的研究成果和发展趋势,展望了未来可能的研究方向和应用前景。

通过本文的研究,旨在为无刷双馈电机的控制方法提供理论支持和实践指导,推动无刷双馈电机技术的持续发展和应用推广。

二、无刷双馈电机的工作原理无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Machine, BDFM)是一种特殊的电机类型,它结合了异步电机和同步电机的特点,具有独特的运行方式和控制策略。

无刷双馈电机的工作原理主要基于电磁感应和电磁场理论,其内部包含两套极数不同的绕组,分别称为功率绕组和控制绕组。

功率绕组通常与电源直接相连,负责传递主要的电能和转矩。

控制绕组则通过变频器或其他电力电子设备进行控制,用于调节电机的运行状态。

这两套绕组在电机内部产生不同的旋转磁场,通过磁场相互作用实现电机的转矩传递和转速控制。

无刷双馈电机的独特之处在于其不需要机械换向器或电刷来实现电流换向,从而提高了电机的可靠性和维护便利性。

双馈风力发电机运行原理及发电控制技术研究

双馈风力发电机运行原理及发电控制技术研究

双馈风力发电机运行原理及发电控制技术研究摘要:随着化石燃料储量的减少,在电力工业中风能发电技术变得越来越重要,而风力发电机也因此得到了广泛的应用。

但目前,我国风力发电机的相关技术、应用广度和发展速率与国外相比仍存在明显差距。

为了迅速推广风力发电机的应用与发展,本文将以双馈风力发电机为例,向读者简要介绍其运行原理及相关控制技术。

关键词:双馈风力发电机;运行模式;控制技术中图分类号:tm315 文献标识码:a 文章编号:1001-828x(2013)06-0-01据调查,世界各国在风力发电中每年投入的资金总额已接近一千亿美元。

全球范围内,已开始进行研究和采用风力发电技术的国家约有一百个。

由此可见,在化石燃料日渐减少的现状下,风力发电技术极有可能与其它可再生能源(比如太阳能、水力等)发电技术一同取代火力发电。

在风力发电技术研究中,最基本的一个环节就是风力发电机的研究与应用。

到目前为止,常见的风力发电机有定桨定速型、变浆变速型等多种类型,而在后一种类型中,大部分都采用了双馈式设计。

下面,笔者将以此类风力发电机为例,简明扼要地介绍其组成结构、优点、运行原理以及相关控制技术。

一、双馈风力发电机的结构与特点顾名思义,“双馈”指的就是电机的定子与转子均可完成电力供应过程。

一般来说,双馈式发电机的主要部件有定、转子及其接线盒,传动机构、滑环系统与冷却设备等。

其中,转子结构主要存在成型绕组、矩形半线圈、散嵌绕组等形式;滑环系统主要包括碳刷、刷架、滑环、滑环风扇、滑环座、滑环维护罩等部分,而滑环又分为热套式和环氧浇注式两种类型;冷却设备主要分为风冷式、水冷式等多种形式。

从性质上区分,双馈式发电机应当归入异步式发电机的范畴,但这类发电机又拥有与同步式发电机相似的激磁绕组来调控励磁过程及功率因数。

因此,这种发电机兼有同步和异步式发电机的优点。

这类发电机体积小、成本低、无功功率的调节方式简便易行、抗电磁干扰能力较强。

同时,发电机的励磁过程与所连接的供电网络关系不大,可以直接由转子所处电路完成。

PSCAD课程设计-基于PSCAD_EMDTC的双馈风力发电机的控制策略研究-风力发电机组监测与控制

PSCAD课程设计-基于PSCAD_EMDTC的双馈风力发电机的控制策略研究-风力发电机组监测与控制

风力发电机组监测与控制课程设计说明书课题名称基于PSCAD_EMDTC的双馈风力发电机的控制策略研究专业学生姓名班级学号指导教师完成日期盐城工学院课程设计说明书(2015)目录1摘要 (1)2PSCAD软件简介 (2)3PSCAD样例说明 (3)3.1同步风力机样例功能与工作原理分析 (3)3.2同步风力机样例仿真模型的建立过程 (5)3.2.1风源组件 (6)3.2.2风力发电机组 (7)3.2.3调速器组件 (8)3.2.4同步发电机 (11)3.2.5单输入电平比较器 (15)3.2.6电压源 (16)3.2.7故障的模拟组件 (17)3.2.8控制面板 (19)3.3同步风力机样例仿真结果分析 (20)4双馈风力发电机仿真模型的建立 (22)4.1双馈风力发电机工作原理及控制方法分析 (22)4.1.1工作原理分析 (22)4.1.2控制方法分析 (24)4.2双馈风力发电机仿真模型的建立 (26)4.2.1转子侧变换器模块 (26)4.2.2 电网侧变换器模块 (27)4.2.3 电源 (28)4.2.4单输入电平比较器 (29)4.2.5绕线转子感应式电机 (30)4.2.6有功/无功功率器 (31)4.2.7控制面板 (32)4.3双馈风力发电机仿真结果分析 (33)5结论 (34)6心得体会 (35)7参考文献 (36)附录 (37)1摘要随着风电在电力系统中的比例不断增加,其对电力系统的影响已不可忽略。

由于风力发电机组的工作原理和接入方式与传统的三相同步发电机组差异较大,因此对风力发电机组的准确建模是分析大规模风电的接入对电网稳定性、安全性、可靠性等方面影响的关键步骤。

电力系统暂态仿真是开展风电并网研究的一种重要手段,而建立准确、有效的风力发电机组暂态模型则是仿真工作的基础,基于PSCAD能建立详细反映风机控制调节特性的风机电磁暂态仿真模型,包括风机的详细风力机、轴系、发电机及变流器等元件模型与变流器的机侧和网侧控制、风力机的桨距角控制等控制模型,所建立的模型能反应风机在各种扰动下的输出特性。

变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术

变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术
双馈风力发电机
双馈风力发电机(DFIG)作为风力发电系统中的重要组成部分,具有调速范围宽、控制 灵活等优点,得到了广泛应用。然而,双馈风力发电机的运行和控制仍存在一些问题,需 要进一步研究和改进。
励磁控制技术
在双馈风力发电机中,励磁控制技术是实现变速恒频运行的关键。通过励磁控制,可以调 节发电机的转子电流,进而控制发电机的转速和输出功率。因此,研究励磁控制技术对于 提高双馈风力发电机的性能具有重要意义。
响应速度较慢。
神经网络控制(NNC)
03
利用神经网络模型对系统进行控制,能够自适应地处理复杂的
非线性系统,但需要大量的数据训练。
优化控制参数整定
控制器增益
控制器增益的大小直接影响到系统的稳定性和响 应速度,需要根据实际情况进行合理调整。
滤波器参数
滤波器参数的选择对于控制系统的性能有很大的 影响,需要根据系统的实际情况进行合理设置。
实验结果
通过实验结果分析,评估变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术的 效果和优势,为实际应用提供参考。
变速恒频双馈风力
04
发电机励磁控制技
术优化
优化控制算法选择
直接功率控制(DPC)
01
通过直接控制有功和无功的输出,能够快速响应系统需求,提
高系统的稳定性。
间接功率控制(IPC)
0,但
故障保护
在双馈风力发电机发生故 障时,通过控制变流器进 行故障保护,确保系统的 稳定运行。
变速恒频双馈风力
03
发电机励磁控制技

变速恒频双馈风力发电机数学模型
坐标变换
从三相静止坐标系到两相旋转 坐标系的变换,将三相交流变
量转换为直流变量。
数学方程

风力发电并网技术分析及电能质量的控制

风力发电并网技术分析及电能质量的控制

风力发电并网技术分析及电能质量的控制作者:王位俊来源:《华中电力》2014年第04期摘要:风力发电是一种新型的绿色能源,正逐渐成为世界各国争相开发的新技术能源。

近几年来,随着科学技术的进步,变速双馈风力发技术在风力发电中得到广泛应用。

该技术能够最大限度的捕获风能,同时还能够实现发电机组以及电网之间的柔性,提高风力发电系统运行的动静态稳定性。

本文针对双馈风力机并网技术进行简单阐述,重点讨论双馈风力发电机组的控制策略,最后通过系统仿真来验证双馈发电机运行性能。

关键词:双馈风力发机;最大风能控制;工作原理;优化策略;仿真技术近几年来,随着国际工业化的进程,全球气候逐渐变暖,环境污染日益严重,支撑工业化进程的能源以及电力所主要依靠的化石燃料已越来越少,常规能源面临着枯竭,因此,风能属于可再生能源,选择风力发电能够延缓煤炭以及石油、天然气等常规能源的枯竭。

双馈恒频发电是20世纪末发展的一种新型发电模式,主要是利用电子技术以及矢量变换控制技术、微机信息处理技术从而引发的发电,在发电技术中得到广泛应用。

[1]到目前为止,主要有爬山法、功率信号反馈控制以及叶尖速比控制方法,来提高风力发电机组的工作效率。

然而,这几种方法几乎都忽略了双馈发电机组本身的效率,即使在风力机中能够获得比较大的风能捕获,但是发电系统对电网输出的有功功率还是会随着电机效率的不同而出现差异。

因此,本文就在捕获最大风能的基础之上,提出双馈风力发电机组的风能控制策略。

一、双馈风力发电机并网技术到目前为止,适合交流励磁双馈风力发电机组的并网方式主要是基于定子磁链定向矢量控制的准同期并网控制技术,即空载并网方式、独立负载并网方式、孤岛并网方式。

另外,对于垂直轴型的双馈机组,由于不能自动起动,所以必须采用“电动式”并网方式。

1、空载并网方式所谓空载并网就是并网前双馈发电机空栽,定子电流为零,提取电网的电压信息(幅值!频率!相位)作为依据提供给双馈发电机的控制系统,通过引入定子磁链定向技术对发电机的输出电压进行调节,使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率!相位和幅值一致。

双馈式风力发电机低电压穿越技术探讨

双馈式风力发电机低电压穿越技术探讨

双馈式风力发电机低电压穿越技术探讨作为一种重要控制技术,低电压穿越技术对于保证双馈式风力发电机运行的安全性和可靠性具有重要作用。

本文首先介绍了双馈式发电机的结构组成和低电压特性,然后具体探讨了风机的低电压穿越技术,以期为相关技术与研究人员提供参考。

标签:双馈式;风力发电机;低电压穿越技术在风力发电机机组内,当系统电压出现微小跌落式,原有控制方法会使机组自动同电网解裂,以避免设备发生事故。

然而因风电穿透功率的不断增加,电网在出现电压跌落时,原有的控制方式会造成系统失去一些电源,继而引发更为剧烈的电压跌落,更多机组会退出工作系统,最终造成电网状态的破坏。

低电压穿越就是指在系统电压出现跌落后,机组在保证设备无损坏的同时,不再通过与电网解裂,而是向系统提供定量的无功支持以促进系统电压恢复的过程。

因此,加强有关机组低压穿越技术的探讨,对于改善机组的运行质量具有重要的现实意义。

一、双馈式发电机的结构组成及低电压特性1、结构组成双馈式异步发电机的定子侧同电网直接连接,转子侧采用三相堆成绕组,通过交-直-交变频器连接到电网上,以向发电机提供交流励磁。

转子励磁的电流频率、相位及幅值等都可以进行调整。

风力发电机组利用变桨系统使风能转换为机械能,再通过发电机及齿轮箱等转化为电能,利用变频器对转子励磁进行控制以完成风机变速恒频的发电过程。

[1]2、低电压特性低电压穿越不仅能保证机组设备的安全,且能在系统故障期间大量提供无功支持,以促进系统电压恢复。

通过分析双馈式风力发电机在系统电压跌落后的暂态反应可研究设备安全保护过程。

(1)在系统发生对称故障时,电网电压会出现不同幅度的跌落,因双馈发电机的定子绕组直接连接到电网上,发电机的电动势保持稳定的同时则必然会造成定子电流的增加,因定子磁链需缓慢变化,进而会形成一个暂态直流分量以保证磁链的连续性,在时间推移过程中直流分量会按照指数形式不断衰减。

根据系统电压跌落后转子的侧短路状态,通过定量分析转子暂态电流和仿真研究发现在电网电压跌落程度不同时,转子暂态电流中的交流分量和定子暂态电流中的直流分量大小主要取决于电压跌落的幅度。

最大风能捕获原理

最大风能捕获原理

最大风能捕获原理:最大风能捕获有3 种控制算法:最佳叶尖速比法、功率反馈法和爬山法。

最佳叶尖速比控制要求实时测量风速和发电机转速,通过计算使风力机工作于最佳尖速比;然而,由于风速的多变性,增加了测量成本和控制复杂度。

功率反馈法是利用矢量变换原理,通过对双馈电机转子励磁的幅值和频率进行调节,改变电机转速,实现最大风能追踪。

该方法虽可避免对风速的测量,但操作之前必须根据实际情况设定风力机最佳叶尖速比,且其控制精度取决于系统快速性和定子有功功率的计算。

爬山法是通过实时检测风力机转速和输出功率,利用数学模型使电机工作于最大功率点,该方法的局限性在于:捕获最大功率点需要几百s 的时间,出现这一延迟严重影响了控制精度。

当风机运行在额定风速以下时其功率输出完全取决于桨叶的气动性能。

采用转速控制方式,根据风速的大小,用风速变化稳定的低频分量,配合变频器对发电机进行控制,使风机运行在最佳尖速比情况下。

当风速达到或超过额定风速后,风力发电机组进入额定功率状态。

在传统的变桨矩控制方式中,这时将转速控制切换到功率控制,变桨矩系统开始根据发电机的功率信号进行控制。

控制信号的给定值是恒定的,即额定功率。

功率反馈信号与给定值进行比较,当功率超过额定功率时,桨叶节矩就向面积减小的方向转动一个角度,反之则向迎风面积增大的方向转动一个角度。

风力机将捕获的风能以机械能的形式驱动永磁发电机,而永磁发电机的转速随着风速的变化而变化,因而发出的电能是电压和频率都变化的电能,为得到恒压恒频的电能就必须进行交直交变流,再通过滤波器滤波将逆变器输出变换成正弦波输出。

永磁同步风力发电系统不需要励磁装置,具有重量轻、效率高、可靠性好的优点。

风轮机可以和永磁发电机直接耦合,省去了其他风力发电系统中的增速箱,减少发电机的维护工作而且降低噪声。

PWM整流器可提供几乎为正弦的电流,因而减少了发电机侧的谐波电流。

直流环节并有大电容,可维持电压恒定。

电网侧串联电感可用于滤波。

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A : —e / l

图 1 叶尖速 比与风 能转化系数关系 曲线
设 定 一 种 风速 s然后 根 据 不 同 的转 速计 算 出 与 , 之 对应 的 叶尖 速 比 。按 照 图 1查 出相 应 的风 能转 化 系数 , 代入式 ( ) 3 中即可得 到 对应 风 速 s风机 的输 出 , 功 率 和机械 角速 度 的关 系 曲线 。设 定不 同的风速 , 重 复 计算 可 以得 到风 机在 不 同风 速 下 输 出 的机 械功 率
楦 测 与 控 制

机 械风 力发 电机 的最 大 风 能 追踪 控 制 策 略
李 王辉 , 白钢 华
( 壁职业技 术学院 , 鹤 河南 鹤壁 48 3 ) 500

要 : 于无刷双馈风 力发 电机 ( D M) 基 B F 特殊 的结构特点和 工作原理 , 从转子参考轴 d—q 型 出发 , 建 B F 模 构 D M在 同步参考 系下的数 学模 型。通过对控制绕组进行 交流励磁 , 变速恒频无刷双馈发 电机 的有功和无功解耦控 对
当桨 叶节距 角 为 固定值 时 , 可得 风能 转换 系数 与 叶尖 速 比的关 系 曲线 , 图 l所示 。 如
保 持最 佳 叶尖速 比 , 获 得最 大风 能 ; 速 较高 时 , 来 风 可
以利用风轮转速的变化 , 储存或释放部分 能量 , 使功 率输 出保 持平 稳 。通 过 调 节 发 电机 的 转 速 来调 节 有 功 功率输 出 , 使风 机 运 行 在 最佳 叶尖 速 比 的状 态 下 , 从 而捕 获最 大风 能实 现高 效率 发 电 。
制, 最终 实现 最大风能的有效捕 捉 。
关键 词 : 交流励磁 ; 刷双馈 电机 ; 无 风力发 电机 ; 矢量解耦控 制 ; 大风 能捕捉 最
中图分类号 : 3 Ⅸ8
文献标识码 : A
文章编号 :06—4 1 ( 0 0 o 一 17—0 10 44 21) i 00 3
M a i a n n r y ta i g c n r l o r s ls o by —f d m a h n n o rg n r t n xm lwi d e e g r cn o to rb u h esd u l - e c i e w d p we e e ai f i o
mah mai a mo e o DF i b i p u d rt e s n h o o s c o d n t sa c r i gt e p i to oo p e te t l c d l rB M s u l u n e h y c r n u o r ia e c o n O t o n fr trs d d—q mo e . f t d h e d 1 B a so o t lw n i g ma e t e AC e ct t n,t e n w srt g e l e h e o p i g c n r lo ci e a d ra t e y me fc n r i d n k h x i i n o ao h e t e y r a i s t e d c u l o t fa t n e ci a z n o v v
LiW a ng—h i u ,Ba n iGa g—hu a
( ei oeeo oainadt ho g , tb t n n 4 83 C i ) H b clg ct n cnl y t it a 5 00, hn l fv o e o e e a
A src: ae nteseil t c r et e n p rtn pic l o rsl sd ul fdm cie ( D M ) h b t t B sdo p c r t a fa rsadoea o r i e f uhe oby— e ahn B F ,te a h a su u l u i n p b s
pw r f S F ( a al sedcnt trq ec )gnrt ,eeta ytegnrt go r i dewt i fc ny o e C vr be pe os eu ny eea r vnul eeai p a o mo i hg e i c oV i n a f o l h n e tn h h fe i
ma i a n n r y c p u e xm l w d e e g a tr i
1 引 言
目前 , 无刷 双馈 变速 恒频 风力 发 电系统 深 受业 界 的欢迎 。与传统 的恒 速 、 频 风 力发 电 系统 相 比 , 恒 风 力发 电系统 有许 多 优 点 : 速 较 低 时 , 够 在 运行 中 风 能
t a e R c p u e ma i lw n n r s c me tu . h t a a t r x ma d e e g i o e i y r
K yw rs C ecai ;buhesdu l edmahn ( D M) in o e eeao ;vc rdcu l gcnr ; e od :A xi t n rsls oby—f c i B F ;w d pw rgn rtn et eo p n ot l to e i o i o
2 风机最大风 能捕 捉原 理
风 能转化 为机 械 能 由风机 的桨 叶完成 , 提供 转 并 矩驱 动机 械负 载 。风机 的静 态特 性 由叶尖 速 比 人, 风 能转 化 系数 c ( /)风 机 转 矩 系 C ( /) 风 机 转 。A, , 3 A, , 3
矩 , 轮捕获 功率 P表示 , 下所示 : 风 如
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