王娜[1]2003年在《转子电流定向无速度传感器双馈电机的矢量控制》文中认为对于工业中大量应用的风机、泵类负载，为实现节能，比较好的调速方案是采用双馈调速。该系统具有成本低、谐波污染少、可靠性高、调速性能好等优点。双馈调速系统，如果采用矢量控制，将具有良好的动、静态性能，但若系统中设有位置传感器和速度传感器，则会使系统的成本增加、可靠性降低、结构复杂、从而使应用场合受到很大的限制。而传统的无速度传感器双馈调速矢量控制系统，由于采用磁链定向方法，在同步速附近存在较大的工作死区，针对上述问题，本文做了如下的研究工作： 本文从双馈电机的数学模型出发，根据矢量控制的基本原理，提出了一种转子侧功率因数为1的双馈电机矢量控制方案的设想，即在双馈调速时采用转子电流定向的方法，并控制外加转子电压与转子电流始终反相，以保持了转子电流与转子磁链矢量垂直，通过控制转子电流的大小来达到控制电机电磁转矩的要求。经理论分析可知，该方案中，由于转子电流与磁链无法实现完全解耦，故仅在亚同步工况下有效，在超同步时则会因为调速系统不能自动校正转子磁链幅值变化引起的横向电流而使系统失去控制，无法达到稳定状态。对上述方案在亚同步及超同步工况下的仿真研究验证了该理论分析的正确性。 在此基础上，本文提出了一种基于转子电流定向的双馈电机矢量控制的新型调速方案。该方案由于引入了定子电流励磁分量的闭环控制，使系统同时具有转速和励磁调节两个调节通道，具有如下优点：一、解决了超同步工作工况不稳定的问题；二、提高了定子侧的功率因数(与转子侧功率因数为1相比)。叁、由于速度调节在转子坐标系下进行，并以转子电流矢量定向，所以无须转子位置传感器，也不用检测初始位置，易于组成无速度传感器双馈调速系统。 最后，本文利用基于MCS196KC单片机开发系统对第二种控制方案进行了仿真分析及实验研究，实现了控制系统的稳定运行，并使调速系统具有良好的动静态性能。仿真及实验结果表明了该理论的正确性。
刘海鹏[2]2015年在《双馈电机无速度传感器控制转速辨识方法研究》文中提出随着交流传动技术的不断发展,双馈电机无速度传感器调速系统在一些高电压、大功率应用场合优势明显,具有快速动态响应、低谐波污染、高效能等特点,并且装置简单、可靠性好、变频器功率较小,对其进行详细研究具有重要的理论价值及实际指导意义。本文在查阅了大量文献书籍的基础上,将双馈电机控制系统发展现状以及无速度传感器控制现状进行了详细阐述,得到无速度传感器的优势:引入无速度传感器控制提高了双馈电机控制系统可靠性及环境适应性,扩大了双馈电机调速系统应用范围。在研究双馈电机无速度传感器控制系统之前,首先对电机数学模型进行了详细的阐述,给出双馈电机在叁相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下的数学模型,详述了双馈电机的调速原理及各种运行状况,为后文的深入研究打下基础。在双馈电机数学模型基础上,对各种定向矢量做了对比,选取了相对较优的定子磁链定向方案,并通过理论分析,得到一个可以消除积分漂移的磁链观测器模型。然后推导了基于定子磁链定向的双馈电机矢量控制方程,并进行了仿真实验验证,证明了所提出的控制策略的有效性。最后,针对无速度传感器控制中电机转速观测,采用了基于定子磁链定向的模型参考自适应(MRAS)方法和基于转子高频信号注入的无速度传感器控制方法。前者基于电机的数学模型构建了电压参考模型和电流可变模型,基于Popov超稳定理论推导设计自适应律,并进行了仿真实验验证,在电机中、高速运行时具有很好的转速观测效果,取得了较好的动、静态性能。后者针对双馈电机在低速运行时转速观测而提出的,在转子侧注入高频信号,然后从定子侧提取包含转速信息的高频信号,经过解调后得到电机转速,并通过仿真实验验证了该方法的有效性。
郝欣[3]2013年在《双馈式风力发电系统无速度传感器控制策略研究》文中认为随着社会经济的高速发展,能源和环境问题已成为当今世界各国面临的重大问题。开发新能源和发展可再生能源已成为了人类社会的共识,而风能作为一种清洁的可再生能源也越来越受到重视。本文以安徽省“十五”科技攻关项目和国家“十一五”科技支撑项目为依托,选择双馈型风力发电系统为研究对象,进行了从理论到实践、从仿真到实验的全面、深入研究。双馈电机的控制需要精确的转子速度和位置信号,传统的双馈调速风力发电机大多采用带速度位置编码器(码盘)的定子电压定向的矢量控制技术,但是速度传感器的存在增加了成本,降低了系统可靠性,给系统维护带来了诸多不便。因此,本文的研究工作主要围绕双馈风力发电系统无速度传感器控制展开。本文首先详细分析了双馈风力发电系统基本构成和运行原理,在此基础上对国内外现有的无速度传感器控制方法进行了介绍和分析,指出现有控制策略的优缺点。特别是双馈电机(DFIG)在实际风场运行时,需要在发电和电动两种状态、四个象限下运行,而现有对双馈电机的很多无速度传感器控制算法都是针对发电状态下进行研究,在电动状态下不能使用。本文提出的参考模型自适应的算法有效解决了以上问题,并通过理论分析、仿真和实验得到了验证。本文的主要研究工作和创新点可以总结如下：(1)简要介绍了我国风能资源的分布、国内外风力发展的概况和世界风电装机容量情况。列举了现有风力发电机组的几种主要类型,并分析了风力发电今后的发展的趋势。介绍了风力发电系统和风场运行的几种重要控制技术,如偏航变桨技术、无速度传感器技术和低电压穿越技术。(2)分析了双馈电机(DFIG)的工作原理、等效电路和双馈风力发电系统的优势。根据兆瓦级双馈风力发电机系统的控制方法,将其运行情况分为启动状态、最大功率跟踪状态、额定功率状态(恒功率控制)和停机状态,对每种状态做了简单介绍。基于双馈风力发电系统现场的几种运行状态,介绍了双馈风机的控制时序。对现有的双馈电机无速度传感器控制方法做了分析。(3)分别在叁相静止A-B-C坐标系、两相静止α-β坐标系和两相旋转d-q坐标系下,对兆瓦级双馈风力发电系统中的双馈电机(DFIG)和变流器进行数学建模。分析了双馈风电系统中能量的流动关系,详细介绍了风机在四种运行工况下的功率流向和转换关系。介绍了目前风电系统中常见变流器的矢量控制方法并对基于定子电压和定子磁链的两种风机变流器的矢量控制方法进行了详细说明。(4)设计并搭建了110KW的双馈风力发电机模型对拖平台。实验平台由一台变频器控制的异步电机和一台双PWM变流器控制的双馈电机组成。双馈电机的控制系统由叁部分组成：网侧控制器、机侧控制器和上位PC机。对实验平台的软硬件结构做了介绍,并对平台中的关键参数进行设计。(5)对双馈风力发电机的无速度传感器控制方法进行了研究：指出了传统编码器的缺点,分析了国内外现有的无速度传感器的控制方法的优缺点。对基于双馈电机定子电压或者电流的无速度传感器控制方法提出了改进,使之能适用于风场的实际运行。提出两种参考模型自适应的无速度传感器控制方法,并采用不同的控制理论方法证明了其可行性和稳定性。该控制方法实现简单,辨识准确,而且能够适用于双馈风机的各种运行状态,实现了双馈风力发电系统无速度传感器控制的关键技术要求。仿真和实验验证了算法的稳定性。
杨淑英[4]2007年在《双馈型风力发电变流器及其控制》文中认为风力发电作为一种已获得商业化利用并具有较大潜能的可在生能源开发形式，近年来得到了较快的发展，其中变速风力发电技术尤其是双馈型变速恒频(VSCF)风力发电技术以其独特的优势而倍受关注。本文以国家“十一五”科技支撑项目(2006BAA01A18、2006BAA01A20)和安徽省“十五”科技攻关项目(040120564)为依托，在双馈型风力发电系统数学建模、驱动控制策略以及变流器的工程设计等方面进行了深入研究，并获得了一些具有创新价值的研究成果。本文主要研究内容可概括如下：1．建立了针对不同仿真目的和研究需要的双馈电机数学模型，并重点对双馈电机的磁饱和模型和戴维宁等效模型进行了研究。为了简化采用同步发电机对电网特性的仿真，提出了基于受控电压源和电压频率下垂特性对电网运行特性进行模拟的方法，降低了仿真运算量，提高了仿真效率。2．利用了双馈电机的“T”型等效电路对其运行控制机理进行了分析，在此基础上对双馈电机的定子磁链定向矢量控制策略和电网虚拟磁链定向矢量控制策略进行了深入研究，并提出了基于自适应谐振调节器的双馈电机控制方案，使得在无需对转子电流进行坐标变换的情况下实现了对双馈电机转子电流的无静差控制。3．探讨了双馈电机矢量控制系统的控制性能，并对定子磁链定向和电网虚拟磁链定向两种矢量控制系统的稳定性进行对比；针对双馈电机反电势扰动所形成的振荡过程，提出了“虚拟阻抗”控制策略，从而有效地改善了双馈电机矢量控制系统的动态抗扰能力；研究了双馈电机定子磁链的振荡及其抑制措施。4．采用了对称分量法对电网电压不平衡条件下双馈电机的运行特性进行了研究，并对有功功率脉动、无功功率脉动以及电磁转矩脉动之间的关系进行了探讨。重点研究了双同步旋转坐标系(双SRF)不平衡控制策略和单SRF不平衡控制策略，并且针对单SRF不平衡控制策略，首次分析了基于直接转子电压补偿控制方案的理论基础，并针对转子电压补偿控制与转子电流控制之间的耦合作用对系统控制性能的影响，提出了一种解耦控制方案，改善了直接转子电压补偿控制的控制性能。5．研究了双馈电机的无速度传感器控制策略。针对基于定子励磁电流的闭环速度观测方案和基于定子电压幅值的闭环速度观测方案均受双馈电机运行状态的影响且速度观测的动态增益受转子电流相位角影响之不足，提出了定子电流双回路和定子电压双回路两种闭环速度观测方案。在基于转子电流的模型参考自适应(MRAS)速度观测方案中，针对速度观测的动态增益与观测电流矢量偏差角之间的非线性特性，提出了基于转子电流偏差角的闭环速度观测方案，改善了系统的动态响应特性。6．剖析了双馈电机空载定子电压控制的机理，提出了基于PI调节器和谐振调节器并行的以及解耦的空载定子电压控制方案。7．描述了电网电压跌落时双馈电机的电磁过渡过程，并以数学模型对电网电压跌落时双馈电机定转子电流、定子磁链以及电磁转矩的动态响应特性进行了定量分析，讨论了转子电流的控制和电网电压的跌落类型对双馈电机电磁过渡过程的影响。在此基础上深入研究了双馈型风力发电机的低电压穿越(LVRT)控制策略。针对基于转子撬棒的LVRT控制策略，提出了一套完整的控制逻辑，实现了电网故障时风力发电机与电网之间的协调控制和双馈电机不同运行状态之间的平稳切抉；针对基于暂态磁链补偿技术的LVRT控制策略，提出了虚拟电感控制技术，削弱了LVRT控制策略对双馈电机漏感参数的依赖性，改善了双馈电机的LVRT控制性能：针对电网电压恢复时可能形成的电流冲击，研究了基于短暂中断(STI)技术的LVRT控制策略。8．搭建了多套不同功率等级、不同机组类型和不同试验目的的双馈型风力发电机实验室模拟系统，获得了一系列的试验结果。研究了对诸如风机气动特性、转动惯量及传输轴系的动态特性等风力机特性进行模拟的软件算法。尤其是建立了基于MW级“双馈电机对”拖动机组的实验室模拟系统，为大功率双馈型风力发电机的模拟试验提供了必要条件。针对“双馈电机对”拖动机组的起动与运行，研究了双馈电机定子短路转子驱动的矢量控制策略，较好的实现了双馈电机的起动控制和低速运行控制。9．阐述了用于双馈型风力发电机驱动的背靠背变流器之关键部件的工程设计。针对直流母线支撑电容的设计，依据直流母线电压的脉动特性，研究了转子有功功率阶跃响应和电网电压跌落时双馈电机转子有功功率的交流脉动对直流母线支持电容的设计要求：针对LCL滤波器参数的设计，依据网侧变流器交流谐波的特点和滤波要求，研究了LCL滤波器参数的优化设计方案；针对长线驱动du／dt滤波器的设计，依据波的反射机理，研究了几种变流器端du╱dt滤波器和电机端阻抗匹配网络的设计方案。10．设计了2MW双馈型风力发电机驱动变流器的试验样机，并完成了基于“双馈电机对”拖动机组的实验室模拟系统中的试验，且通过了某风力发电机专用试验平台的地面测试试验。
王雷[5]2007年在《变速恒频风力发电机组矢量控制技术的研究》文中研究说明能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。现在对风能资源的充分利用已经受到了世界各国的重视，如今风力发电技术已经成为世界各国研究的热点。本文针对变速恒频风力发电系统提出一种基于无速度传感器的双馈电机控制方法。通过分析多种变速恒频风力发电系统的特点以及分析风轮机的空气动力特性，由此可以得到风能利用系数、桨距角和叶尖速比叁者之间的关系，然后推导了风能利用系数的近似公式。又根据不同风速下风力发电机组的不同控制策略，应用单纯形加速法确定最优叶尖速比。对双馈电机数学模型进行分析，推导并分析了定子磁场定向坐标系下的控制方程和解耦特性。最后，根据风力发电当中风轮机不要求快速动态响应能力，提出了对转子感应电势瞬时采样经低通滤波后再进行定向的方法，即转子感应电势定向方法。该方法以瞬时有功功率的控制来实现对力矩的控制，对转子侧瞬时无功功率的控制来实现定子侧励磁电流的控制，瞬时有功功率的计算不需要积分器来计算磁通，也就没有积累误差。在转子感应电势定向环节中，引入了FIR数字滤波器对感应电势信号进行滤波，不仅有良好的幅频特性，而且有线性相频特性。经过分析，加入滤波器后使得控制方法对电机参数不敏感，因此增强了系统的抗干扰性。最后，通过仿真实验证明这种方法相对于双馈电机的稳态控制有快速的动态响应，避免了低频振荡，因此使得控制性能介于定子磁场定向和稳态控制之间，可以实现对风力发电的无速度传感器的控制。通过转子感应电势定向，还可以实现双馈电机无功功率调节，控制结构简单具有较强的实用性。
李楠[6]2006年在《变速恒频风力发电系统中矢量控制系统的研究及应用》文中进行了进一步梳理随着风力发电事业的蓬勃发展,风力发电技术已经成为世界各国研究的热点。在已有的双馈调速风力发电系统当中,多采用带有位置传感器的定子磁场定向或者定子电压定向矢量控制方法,但是位置传感器的安装会给系统带来一些缺陷,从而容易降低系统可靠性,所以为了解决这个问题,本文提出一种基于无速度传感器的双馈电机控制方法。 首先,论文比较了多种变速恒频风力发电系统,分析了它们的特点。又因为风轮机的空气动力特性决定着发电机的控制指标和控制环路的设计,由此对风能利用系数和桨距角与叶尖速比的关系进行分析,推导了风能利用系数的近似公式。分析了不同风速下的控制策略,应用单纯形加速法确定最优叶尖速比。 另外,从双馈电机稳态模型进行分析,再用瞬态模型分析,推导并分析了定子磁场定向坐标系下的控制方程和解耦特性。最后,根据风力发电当中风轮机不要求快速动态相应能力,提出了对转子感应电势瞬时采样经低通滤波后再进行定向的方法——转子感应电势定向方法。该方法以瞬时有功功率的控制来实现对力矩的控制,对转子侧瞬时无功功率的控制来实现定子侧励磁电流的控制,瞬时有功功率的计算不需要积分器来计算磁通,也就没有积累误差。在转子感应电势定向环节中,引入了FIR数字滤波器对感应电势信号进行滤波,不仅有良好的幅频特性,而且有线性相频特性。经过分析,加入滤波器后不仅使得控制方法得以实现,而且增强了系统的抗干扰性,对定向过程中转子漏感等参数的不准确产生的偏差也会被滤除,增强了系统的鲁棒性。 最后,通过仿真实验证明这种方法相对于双馈电机的稳态控制有快速的动态响应,避免了低频振荡,因此使得控制性能介于定子磁场定向和稳态控制之间,可以实现对风力发电的无速度传感器的控制。通过转子感应电势定向,还可以实现双馈电机无功功率调节,控制结构简单具有较强的实用性。
邱瑞昌, 闫耀民, 姜学东[7]2003年在《准稳态转子感应电势定向的双馈调速风力发电机的研究》文中研究表明考虑到风力发电机系统当中风轮机的转动惯量较大,不要求快速的动态响应。该文针对双馈发电机提出了一种结合稳态的分析与瞬时采样定向和控制的方法,称为准稳态转子感应电势定向的控制方法。在转子感应电势的定向当中使用了线性相位有限长脉冲响应数字滤波器,在控制中只需要检测转于侧电流电压,构成了结构简单的无速度传感器双馈电机的控制系统。实验验证了该方法的正确性和实用性。
刘志强, 王娜, 魏学森[8]2002年在《无速度传感器转子电流定向双馈电机的矢量控制调速系统》文中指出本文提出了一种转子电流定向的双馈电机矢量调速系统 ,采用转子电流进行速度辩识 ,克服了传统方法中用磁链辩识速度在同步速附近存在死区的问题。文中介绍了该系统的基本原理及组成 ,并在最后给出了系统仿真和实验的结果
韩天成[9]2016年在《双馈电机双逆变器控制系统研究》文中指出随着电力传动和电力电子技术的不断发展,交流调速系统已取代直流调速系统成为工业生产和社会生活主要的传动方式。双馈电机作为一种特殊的异步电机,具有控制简单、调速范围宽、能量方便回馈等优点,应用在调速系统上具有巨大的潜力。本文在参阅了大量资料的基础上,研究了一种双馈电机双逆变器控制系统。该控制系统具有调速范围宽、定转子逆变器承担功率灵活可调、两逆变器互为备用,系统安全稳定性高等特点,适用于电动汽车等需要宽调速范围及高安全稳定性的场合。双馈电机为高阶、多变量、非线性系统,本文在研究双逆变器控制系统之前,首先对双馈电机的数学模型进行了详细的分析,并分别给出了双馈电机在两相同步旋转和静止坐标系下的数学模型。为减小双馈电机启动过程中的冲击电流,研究了基于定子磁链定向的转子初始位置角的观测方法,并推导了其表达式。深入分析了双馈电机双逆变器控制系统的原理。为实现定转子电流的独立控制和两逆变器功率的灵活可调,提出一种定转子逆变器双电流环控制策略;为进一步提高系统调速范围,进行了磁链控制器的设计。恒转矩控制时使系统在最大转矩电流比的状态下运行,恒功率控制时弱磁运行;为提高系统的安全可靠性,给出了双馈电机的单逆变器运行策略,使系统在发生单一逆变器故障时仍可稳定运行;研究了一种适用于双逆变器控制系统的转子初始位置角观测方法,有效减小了启动过程中的冲击电流;搭建了双逆变器系统的Matlab/Simulink仿真模型,对系统的宽调速范围、逆变器功率灵活可调、两逆变器互为备用等特性进行了验证,证明了策略的有效性。双馈电机的定转子侧电压电流均方便观测,为无速度传感器控制策略的设计提供了便利。本文比较了基于直接检测量的开环观测方案、基于定子电流的闭环控制方案和基于定子磁链的参考模型自适应速度观测方案优缺点,提出了基于定子磁链参考模型自适应的双逆变器无速度观测方案,并进行了其自适应律的推导。该方案能够对观测的转速误差进行修正,观测效果好,从而能够获得准确的速度信息,提高了调速系统的鲁棒性和可靠性。最后搭建了双馈电机双逆变器调速系统的实验平台,对上文所述的控制系统进行了验证。
王娜, 刘志强, 魏学森[10]2002年在《基于MATLAB/SIMULINK的双馈调速系统的建模与仿真》文中研究指明传统的无速度传感器双馈调速系统,采用磁链定向,在同步速附近存在较大的工作死区.由此,本文提出了一种无速度传感器采用转子电流定向的方案,从而避免了磁链积分带来的误差,可广泛应用于调速范围不大的风机泵类负载,实现在调速范围的准确定向,并基于MAT LAB/SIMULINK软件包建立了双馈电机调速系统的仿真模型,给出了主要的仿真波形,对该调速方案的合理性及可行性进行了实例论证.
参考文献：
[1]. 转子电流定向无速度传感器双馈电机的矢量控制[D]. 王娜. 河北工业大学. 2003
[2]. 双馈电机无速度传感器控制转速辨识方法研究[D]. 刘海鹏. 中国矿业大学. 2015
[3]. 双馈式风力发电系统无速度传感器控制策略研究[D]. 郝欣. 合肥工业大学. 2013
[4]. 双馈型风力发电变流器及其控制[D]. 杨淑英. 合肥工业大学. 2007
[5]. 变速恒频风力发电机组矢量控制技术的研究[D]. 王雷. 沈阳工业大学. 2007
[6]. 变速恒频风力发电系统中矢量控制系统的研究及应用[D]. 李楠. 沈阳工业大学. 2006
[7]. 准稳态转子感应电势定向的双馈调速风力发电机的研究[J]. 邱瑞昌, 闫耀民, 姜学东. 中国电机工程学报. 2003
[8]. 无速度传感器转子电流定向双馈电机的矢量控制调速系统[J]. 刘志强, 王娜, 魏学森. 中小型电机. 2002
[9]. 双馈电机双逆变器控制系统研究[D]. 韩天成. 中国矿业大学. 2016
[10]. 基于MATLAB/SIMULINK的双馈调速系统的建模与仿真[J]. 王娜, 刘志强, 魏学森. 天津理工学院学报. 2002
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