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无刷双馈风力发电机的设计、分析与控制

电工技术学报 2016年第19期31卷 37-53页

作者：程明韩鹏魏新迟东南大学电气工程学院南京210096

无刷双馈发电机是一类具有两个交流馈电端口和一个公共机械端口的新型发电机。该类电机易于实现变速恒频运行;由于去除了传统双馈发电机中的电刷集电环,具有可靠性高、维护成本低等优点,同时便于实现有功和无功的近似解耦控制,因而被认... 详细信息

无刷双馈发电机是一类具有两个交流馈电端口和一个公共机械端口的新型发电机。该类电机易于实现变速恒频运行;由于去除了传统双馈发电机中的电刷集电环,具有可靠性高、维护成本低等优点,同时便于实现有功和无功的近似解耦控制,因而被认为是最有希望取代现有双馈发电机的一种电机类型。该文介绍了现有无刷双馈发电机的基本结构与工作原理,总结了它们的共性特点和个性差异以及当前研究中存在的问题;从电机设计角度对比分析了三种主流无刷双馈发电机的功率密度和转矩密度;对其分析设计方法和控制策略进行了综述,讨论了不同无刷双馈发电机在控制上的统一性;基于对无刷双馈电机设计、建模与控制方面的研究,提出一种可以改善功率密度的新型双定子无刷双馈风力发电机结构,并就独立运行和并网运行两种不同工况提出了相应的控制策略,给出了实验结果。最后对该类电机的应用前景和发展方向进行了展望。

关键词：无刷双馈发电机风力发电控制策略设计分析方法内在一致性功率密度转矩密度

考虑损耗的无刷双馈风力发电系统功率反馈法最大功率点跟踪控制

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电工技术学报 2020年第3期35卷 472-480页

作者：许利通程明魏新迟宁新福东南大学电气工程学院南京210096 国网上海电科院上海200437

无刷双馈风力发电系统采用功率反馈法最大功率点跟踪(MPPT)控制策略时,如果给定的参考功率不准确,系统不能跟随参考转速,则无法发出最大功率。该文基于传统的功率反馈法控制策略,充分考虑定转子铜耗、铁耗等功率损耗,提出考虑损耗的无... 详细信息

无刷双馈风力发电系统采用功率反馈法最大功率点跟踪(MPPT)控制策略时,如果给定的参考功率不准确,系统不能跟随参考转速,则无法发出最大功率。该文基于传统的功率反馈法控制策略,充分考虑定转子铜耗、铁耗等功率损耗,提出考虑损耗的无刷双馈风力发电系统功率反馈法MPPT控制策略。此方法通过修正的Steinmetz方程获得准确的铁耗,通过分析发电机的功率流动确定精确的参考功率,实现了最大风能跟踪。通过对考虑损耗的功率反馈法MPPT控制策略的仿真及实验研究,验证了所提控制策略的有效性。

关键词：无刷双馈风力发电系统功率反馈法最大功率点跟踪损耗 Steinmetz方程

不平衡负载下双定子无刷双馈发电机独立运行控制策略

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电工技术学报 2018年第5期33卷 998-1006页

作者：姜云磊程明王青松魏新迟东南大学电气工程学院南京210096

该文以运行于独立发电工况下的一种新型双定子无刷双馈发电机为研究对象。为解决三相负载不均衡情形下负载对公共节点电压质量的影响,提出了一种基于控制绕组变换器的负序电压抑制策略。该策略在负同步坐标系下对负序电压分量进行提取... 详细信息

该文以运行于独立发电工况下的一种新型双定子无刷双馈发电机为研究对象。为解决三相负载不均衡情形下负载对公共节点电压质量的影响,提出了一种基于控制绕组变换器的负序电压抑制策略。该策略在负同步坐标系下对负序电压分量进行提取和补偿控制,再经过坐标变换加入到正同步坐标系下进行统一的正、负序电流闭环调节。由于控制量中二倍频分量的存在,该方法采用比例积分谐振控制器(PIR)替代传统的比例积分(PI)环节,克服了增益不足的问题。建立了双定子无刷双馈独立发电系统的实验平台,实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

关键词：双定子无刷双馈发电机独立发电系统负序电压不平衡负载比例积分谐振控制器

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电缆故障脉冲电流测距系统建模与仿真

电力系统自动化 2021年第4期45卷 142-147页

作者：孙中玉徐丙垠王玮陈恒刘洋魏新迟山东理工大学电气与电子工程学院山东省淄博市255049 山东科汇电力自动化股份有限公司山东省淄博市255087 国网上海市电力公司电力科学研究院上海市200437

为解决电缆故障脉冲电流测距系统的精确仿真问题,提出了一种用于脉冲电流测距系统的建模与仿真方法。建立了RLC串联的高压信号发生器模型和考虑线圈互感、自感、自阻及其集肤效应的线性电流耦合器模型,并对模型中的参数进行了准确量化... 详细信息

为解决电缆故障脉冲电流测距系统的精确仿真问题,提出了一种用于脉冲电流测距系统的建模与仿真方法。建立了RLC串联的高压信号发生器模型和考虑线圈互感、自感、自阻及其集肤效应的线性电流耦合器模型,并对模型中的参数进行了准确量化。针对线性耦合器传递函数不收敛问题,利用修正后的传递函数计算其二次电压信号。实际脉冲电流测距系统的仿真及试验结果表明,利用所建模型计算电缆故障击穿产生的线性电流耦合器输出信号,具有很高的准确度,能够满足测距算法研究与开发的要求。

关键词：电缆故障测距脉冲电流仿真模型参数量化集肤效应

级联式无刷双馈电机的矢量控制系统和功率流研究

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电工技术学报 2022年第20期37卷 5164-5174页

作者：程明许利通曹政魏新迟宁新福东南大学电气工程学院南京210096 国网浙江省电力有限公司杭州供电公司杭州310016 国网上海电科院上海200437 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司嘉兴314001

该文主要研究了级联式无刷双馈电机的矢量控制以及功率流。首先建立了其动态和稳态模型,对网侧变换器使用电网电压定向矢量控制,对机侧变换器使用定子磁链定向矢量控制,以实现无刷双馈电机的变速恒频运行以及有功与无功功率的解耦控制... 详细信息

该文主要研究了级联式无刷双馈电机的矢量控制以及功率流。首先建立了其动态和稳态模型,对网侧变换器使用电网电压定向矢量控制,对机侧变换器使用定子磁链定向矢量控制,以实现无刷双馈电机的变速恒频运行以及有功与无功功率的解耦控制。同时背靠背变换器的矢量控制可实现功率的双向流动。然后进行了功率流分析,探究了其有功功率分配和不同转速下功率绕组和控制绕组的功率状态,揭示了考虑铜耗下控制侧功率流的变化趋势。通过仿真和实验,验证了矢量控制的有效性以及功率流分析的正确性。

关键词：级联式无刷双馈电机矢量控制网侧变换器机侧变换器功率流

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风力发电系统中电网同步改进型锁相环设计

高电压技术 2014年第5期40卷 1546-1552页

作者：田桂珍王生铁刘广忱魏新迟内蒙古工业大学电力学院呼和浩特010080

针对风力发电系统中电力电子变流器同步信号检测中所存在的问题,提出了一种结合单相锁相环(MPLL)、正序电压计算单元和同步参考坐标变换锁相环(SRF PLL)的改进型锁相环设计方法。该方法采用2个MPLL来检测电网电压的α和β分量及其移相9... 详细信息

针对风力发电系统中电力电子变流器同步信号检测中所存在的问题,提出了一种结合单相锁相环(MPLL)、正序电压计算单元和同步参考坐标变换锁相环(SRF PLL)的改进型锁相环设计方法。该方法采用2个MPLL来检测电网电压的α和β分量及其移相90°的电压信号,采用正序电压计算单元来检测正序电压分量,经SRF PLL锁定正序电压的相位,从而消除电压不平衡对检测结果的影响。且MPLL和SRF PLL的2次滤波对谐波有较强的抑制作用。此外,根据改进型锁相环的结构模型导出了正序电压分量检测的运算关系,进行了SRF PLL锁相环的控制器参数设计,给出了MPLL参数的系统化设计方法。仿真和实验结果表明,在电压不平衡、电压畸变、频率突变和单相接地情况下,所设计的锁相环均能够快速准确地锁定正序电压基波分量的相位,为风力发电系统控制提供可靠基准。

关键词：风力发电电网同步锁相环不平衡电压电压同步信号检测电网故障

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笼型机风电场STATCOM的统一控制策略

太阳能学报 2014年第11期35卷 2306-2312页

作者：王生铁田桂珍刘广忱魏新迟内蒙古工业大学电力学院呼和浩特010080

针对常规矢量控制策略存在的问题,提出结合常规矢量控制、间接转矩控制和负序电压前馈控制的笼型机风电场静止同步补偿器(STATCOM)统一控制策略。间接转矩控制通过控制STATCOM吸收或输出无功功率使公共连接点(PCC)电压按转差率函数关系... 详细信息

针对常规矢量控制策略存在的问题,提出结合常规矢量控制、间接转矩控制和负序电压前馈控制的笼型机风电场静止同步补偿器(STATCOM)统一控制策略。间接转矩控制通过控制STATCOM吸收或输出无功功率使公共连接点(PCC)电压按转差率函数关系恢复,直到PCC电压恢复为故障前状态,从而间接控制发电机电磁转矩,解决了故障清除后发电机瞬时电磁转矩较高问题;负序电压前馈控制使STATCOM输出一个与PCC不平衡电压中的负序分量大小相等、相位相同的负序电压,有效解决了其过电流问题;统一控制策略结合间接转矩控制和负序电压前馈控制两种控制,提高了STATCOM在故障及电压不平衡条件下运行的性能和可靠性。仿真研究验证了所提出策略的正确性和有效性。

关键词：笼型机风电场故障穿越能力 STATCOM 统一控制策略

考虑饱和效应的无刷双馈发电机功率模型预测控制

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电工技术学报 2021年第17期36卷 3721-3729页

作者：魏新迟许利通骆仁松程明朱建国国网上海市电力公司电力科学研究院上海200437 东南大学电气工程学院南京210096 南瑞继保电气有限公司南京211102 悉尼大学电气与信息工程学院悉尼NSW 2006

该文建立了无刷双馈发电机(BDFIG)考虑饱和效应的动态模型,详细分析了有功功率与无功功率分配,提出考虑饱和效应的功率模型预测控制策略。基于无刷双馈发电机的饱和特性进行励磁电感估算,实时修正每周期输入至控制器的电感参数,实现了... 详细信息

该文建立了无刷双馈发电机(BDFIG)考虑饱和效应的动态模型,详细分析了有功功率与无功功率分配,提出考虑饱和效应的功率模型预测控制策略。基于无刷双馈发电机的饱和特性进行励磁电感估算,实时修正每周期输入至控制器的电感参数,实现了功率的精确控制,保证控制侧电流的正弦度和较低的开关频率。通过对功率模型预测控制系统的仿真及实验研究,明确了影响饱和效应的运行因素,最后通过实验验证了所提控制策略的有效性。

关键词：无刷双馈发电机功率模型模型预测控制饱和效应

基于有功-相角下垂控制的分布式电源逆变器并网控制方法

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电网技术 2024年第5期48卷 2113-2121,I0085,I0087-I0094页

作者：吴翔宇韦楚钒王思家许寅魏新迟北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044 国网上海市电力公司电力科学研究院上海市虹口区200437

有功-频率下垂控制是微电网离网运行时的常用控制方法,然而存在频率偏差等问题。基于同步定频的有功-相角下垂控制具有众多优势,但尚未研究有功-相角下垂控制如何在并网工况下使用的问题。针对微电网场景,提出了基于有功-相角下垂控制... 详细信息

有功-频率下垂控制是微电网离网运行时的常用控制方法,然而存在频率偏差等问题。基于同步定频的有功-相角下垂控制具有众多优势,但尚未研究有功-相角下垂控制如何在并网工况下使用的问题。针对微电网场景,提出了基于有功-相角下垂控制的分布式电源逆变器并网控制方法,设计了比例控制和比例积分控制2种控制器,用以补偿同步相位。此外,还提出了有功-相角下垂控制下微电网并网转离网的切换控制方法。再者,建立了所提并网控制方法下微电网的小信号动态模型,通过粒子群算法优化了并网控制参数。最后,通过基于Simulink平台的时域仿真和RT-Lab半实物平台的硬件在环实验验证了所提方法的有效性。

关键词：微电网分布式电源下垂控制有功-相角参数优化