风力发电机原理及风力发电技术

世界能源发展面临资源紧张、环境污染、气候变化三大难题。我国也亟需调整能源结构、发展清洁能源。风力发电作为可再生能源,取之不尽用之不竭,是一项朝阳产业。本文主要从风力发电机原理及风力发电技术入手,分析了双馈异步风力发电机与直驱永磁风力发电机的原理和特点,以及我国风力发电的现状。     

电网不对称故障下直驱永磁风电机组并网逆变器的双电流闭环控制策略研究

在分析不对称电网电压条件下直驱永磁风力发电机组并网逆变器数学模型的基础上,提出了正负序双电流闲环控制策略,完成风力发电机组在电网发生不对称故障下的不脱网运行.在PSCAD/EMTDC环境下建立基于IGBT背靠背变频器的1.5 MW永磁直驱风力发电系统仿真模型,仿真结果证明该控制策略的可行性.     

变速恒频风力发电系统中的风力发电机组研究

论文对目前并网运行的变速恒频风力发电系统和恒速恒频风力发电系统做了分析比较,得出了变速恒频风力发电的优越性;比较了变速恒频风电系统中使用的四种发电机组,其中双馈感应发电机及永磁直驱同步发电机具有较好的应用前景。     

变速风力发电机组的控制方式

近年来,随着风力发电技术的发展,变速风力发电机组已成为大型并网风力发电机组的主流机型。本文介绍了变速风力发电机组的两种控制方式：双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统 最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。     

电网故障下双馈风力发电机组的控制策略研究

双馈风力发电机(DFIG)系统变流器仅对发电机的转差功率进行变换,因此它比同容量直驱风力发电机的变流器容量小很多,但这使得它对电网故障的抵御能力较弱.本文针对双馈风力发电系统在电网故障下的控制策略进行研究.在电网故障时,DFIG系统的控制包括阻止风轮过速进行的桨距角控制和功率变流器在电网故障期间和之后的保护和电网电压支持控制.为了在电网故障期间提高DFIG电网电压支持能力,在正常运行时的DFIG控制结构基础上加入了另一控制级.这个控制级包括阻尼控制器、转子侧变流器、电压控制器和网侧变流器无功补偿器.仿真结果证明了所提出方案的可行性.     

直驱式风力发电技术及其发展

直驱式风力发电是当前风力发电技术的一种极具潜能的发展方向。首先回顾国内外风力发电的发展情况,在此基础上,分析了风力发电机组技术尤其是直驱式风力发电机组技术,对直驱式风力发电技术中使用的功率调节方式进行了探讨。对直驱式永磁同步风力发电系统的结构与控制进行了分析,并展望变速风力发电的发展趋势。     

直驱风机变频器实现LVRT的策略分析与测试

本文对双馈和直驱两种风电机组的变频器LVRT能力的实现方式进行了介绍：分析了直驱风电机组全功率变频器和双馈风力发电机组变频器实现低电压穿越能力的几种控制策略。并通过对全功率变频器的实际测试,验证了全功率变频器LVRT的控制策略的可行性,并根据LVRT过程中直流侧电压的实际数据提出了对变频器直流电容的保护设置要求．     

变速恒频双馈风力发电系统的仿真分析

介绍了交流励磁变速恒频双馈风力发电机组的工作原理,从双馈发电机的数学模型出发,采用矢量控制技术,在Matlab/Simulink环境下建立了系统模型,进行了发电机有功无功独立调节的仿真研究.研究结果表明变速恒频双馈风力发电机组具有良好的动态特性,并为风力发电系统的进一步应用研究提供了可靠的理论依据.     

新型双转子调速风力发电系统的原理设计

为解决大规模风电并网与电力系统之间的矛盾这一当前风电行业的突出问题,在对比分析常规风电机组技术特点的基础上,提出了一种利用双转子调速装置连接齿轮箱与同步发电机的双转子调速风力发电系统,仿真试验结果表明:该系统可以克服双馈和直驱风力发电机组电能质量不高、可靠性低、维护成本高等缺点,具有较低成本、较高可靠性和较强的电网适应性.     

不平衡电网电压下永磁风力发电机并网逆变器的新型直接功率控制策略

为了研究不平衡电网电压条件下永磁风力发电机系统增强运行能力的有效控制策略,提出了比例-谐振电流控制方案,并将该方案应用于并网逆变器的直接功率控制中,以实现直驱永磁风力发电系统无需正、负相序分解的统一控制.在PSCAD/EMTDC环境下建立基于背靠背IGBT变频器的1.5 MW永磁直驱风力发电系统仿真模型,仿真结果表明,在不平衡电网电压下,该系统能够实现最大风能跟踪,且新型的直接功率控制策略结构简单,能够实现单位功率因数控制,具有良好的动态性能,有效地抑制了直流母线电压的升高,增强不平衡电网电压故障下直驱永磁风力发电系统的不间断运行能力.     

风电场运行特性仿真分析

以双馈异步风力发电机组为研究对象,根据其数学模型,建立了反映双馈异步风力发电机机电特性的仿真模型;根据空气动力学原理,建立了风力机及风速仿真模型.在MATLAB/Simulink软件平台上,搭建一个实际的双馈异步风力发电机并网风电场的系统仿真模型.仿真分析了在风速扰动、电网短路故障作用下风电场的运行特性.仿真结果表明:双馈风力发电机组可以很好地对风速波动做出跟踪响应且无明显振荡;在电网短路情况下,双馈型异步风力发电机组具有一定的低电压穿越性能;相比有载调压方式,风电场采用静止无功补偿模式具有明显的优越性.     

兆瓦级永磁直驱风力发电机瞬态场分析

永磁直驱风力发电机是风力发电的中核心装备,其设计分析具有重要意义.分析了永磁同步电动机转子磁极结构和永磁材料性能,利用Ansoft软件对兆瓦级永磁直驱风力发电机进行瞬态场电磁分析.得到了空载、负载运行时永磁直驱风力发电机磁场分布.为永磁直驱风力发电机的设计提供有效参考.     

双馈风力发电系统最大风能追踪控制研究

文章分析了国内外风力发电技术的发展现状,研究了双馈异步风力发电机组最大风能捕捉方案,研究了由风力机、传动系统、双馈异步发电机以及双PWM变换器等模块组成的风力发电最大风能追踪控制系统。风力机采用变桨距控制,双馈异步风力发电机采用变速恒频技术,发电机采用功率外环、电流内环的双闭环控制,利用定子磁链定向矢量控制实现有功功率和无功功率的解耦控制。并研究了双馈异步风力发电控制的硬件系统和软件系统,硬件系统由主电路、控制电路和驱动电路组成,软件系统研究了网侧和转子侧的控制流程图。基于Matlab/Simulink软件进行了建模仿真,仿真结果表明,系统具有较好的控制效果,可实现最大风能控制。     

双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析

针对双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理尚不明确且无法为故障诊断提供理论依据的问题,开展了双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析.首先,结合有限元仿真及解析推导,分析转子匝间短路下双馈异步风力发电机的气隙磁密规律,得到转子所受的不平衡磁拉力;然后,考虑转子不平衡磁拉力的情况下构建双馈异步风力发电机转子-轴承系统非线性动力学模型,利用非线性动力学仿真获取转子匝间短路故障下系统的振动仿真信号;最后,在双馈异步风力发电机故障模拟实验台上进行转子匝间短路故障实验,利用实验分析验证非线性动力学仿真结果的有效性.非线性动力学仿真及实验分析结果均表明,转子匝间短路故障下双馈异步风力发电机转子-轴承系统振动信号的频谱存在转频的谐波成分,通过检测转频的谐波分量可诊断双馈异步风力发电机转子匝间短路故障,有效揭示了双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理.     

混合风电场中双馈风电机组三相短路电流分析

近年来风力发电发展迅速,风电场逐渐形成了双馈风电机组和直驱风电机组混合运行的格局。由于双馈风电机组与直驱风电机组暂态特性的差异,直驱风电机组对双馈风电机组的短路电流可能产生影响,无法对混合风电场的短路电流进行准确计算。为此,针对双馈风电机组和直驱风电机组组成的混合风电场,建立了混合风电场故障工频等效电路,推导了不同机组影响下的双馈风电机组输出短路电流表达式。通过与单机双馈风电机组短路电流的对比,分析并总结了混合风电场中双馈风电机组短路电流的影响因素和变化规律。针对不同影响因素下双馈风电机组的短路电流,利用时域仿真进行了分析和验证,仿真结果证明了理论分析的正确性。     

双馈风力发电机低电压穿越无功支持能力研究

从电网的友好性出发,分析了双馈发电机(DFIG)的运行状态、无功能力、以及无功功率极限,从无功支持的角度研究了双馈风力发电机组的低电压穿越(LVRT)能力。重点研究当电网电压发生跌落时,DFIG在各种运行状态下向电网提供无功功率的能力,根据仿真数据作出了具体的分析和判断,从一个全新的角度研究了风力发电系统的低电压穿越能力和电网的稳定能力。     

基于模糊算法的风力发电机MPPT控制

针对直驱式或半直驱式永磁式风力发电机控制系统,在风轮气动特性理论基础上,结合现有最大功率曲线控制方法,采用改进型模糊控制方法,实现风力发电机的最大功率跟踪(MPPT).不依赖于系统的数学模型,对外界电网参数和传感器信号等环境因素影响和系统干扰具有良好鲁棒性.所提出的方案对于其它类型风力发电系统也具有良好的借鉴作用,具有一定的推广和应用价值.     

双馈风力发电机柔性并网控制实验

变速恒频双馈风力发电系统与电网之间是一种柔性连接关系.利用定子电压定向的矢量控制技术,研究了变速恒频双馈风力发电机的并网原理,建立了基于定子电压定向的空载并网控制策略.通过搭建一个3kW双馈风力发电仿真与实验平台,对双馈风力发电机空载并网控制策略进行了仿真分析及实验验证.仿真和实验结果验证了控制策略的正确性和有效性,利用所设计的控制策略,双馈风力发电机能够实现柔性并网控制.     

直驱式开关磁阻风力发电功率控制方法研究

介绍了一种直驱式开关磁阻风力发电机的快速功率控制方法.由于开关磁阻发电机内部控制变量多、非线性特性强,同时由于风力机中控制变量多,导致直驱式风力发电系统的功率控制困难.提出了一种新型直接瞬时转矩方法改进直驱式开关磁阻发电机功率控制方法,和传统的基于电流斩波控制方法比较提高了响应速度和减小了稳态下输出功率的波动.     

基于模糊控制的永磁直驱风力发电机最大功率跟踪控制

针对永磁直驱风力发电机的输出功率难以稳定且快速地达到最大功率点的问题,提出了一种基于模糊控制的直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪控制(maximum power point tracking,MPPT)策略。分析直驱式永磁同步发电机的工作特性和数学模型,进而阐述利用升压电路实现MPPT的原理与基础知识。以风电系统MPPT原理及模糊控制理论为基础,升压电路的本周期和上个周期占空比的差值、输出功率的差值作为模糊控制的输入,下个周期的升压电路占空比为输出。并根据所需预期控制效果推理模糊控制规则设计出一种适于永磁直驱风力发电机的模糊控制器,搭建包含MPPT的永磁直驱风力发电系统的Matlab/Simulink整体模型并仿真,结果证明该控制策略的可行性及优越性。