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定子双绕组感应发电机稳压控制策略及稳态运行特性研究

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定子双绕组感应发电机稳压控制策略及稳态运行特性研究

作者：卢彬重庆大学

学位级别：硕士

定子双绕组感应发电机(Dual Stator-Wing Induction Generator,DWIG)作为一种新型感应发电机,克服了传统感应发电系统中励磁变换器容量大、谐波污染严重的问题,具有体积小、可靠性高、励磁无功连续可调、易于维护等优点,在独立电源和风... 详细信息

定子双绕组感应发电机(Dual Stator-Wing Induction Generator,DWIG)作为一种新型感应发电机,克服了传统感应发电系统中励磁变换器容量大、谐波污染严重的问题,具有体积小、可靠性高、励磁无功连续可调、易于维护等优点,在独立电源和风力发电系统领域具有广阔的应用前景。然而,目前对DWIG的研究侧重于DWIG带整流桥负载时的稳压控制效果,缺乏对其运行特性及带交流负载时的稳压控制效果与运行特性的研究。本文对DWIG带不同类型负载时的稳压控制效果与运行特性两方面开展研究。首先,简要介绍了DWIG及其系统的基本结构与工作原理;其次,从DWIG三相ABC轴系下的电压方程出发,详细推导了其两相静止轴系下的动态数学模型,并采用MATLAB的S函数编写了DWIG内核,进而构建了仿真模型;第三,详细分析了DWIG稳压控制机理,阐述了滞环电流控制策略的基本原理,并提出了基于三状态优化开关表的直接功率控制策略(改进的直接功率控制策略);第四,针对DWIG带整流桥负载,分别采用滞环电流控制策略与改进的直接功率控制策略,对其建压及在转速变化、负载突变等情况下的稳压控制效果进行了研究,并对其空载调节特性、速率特性、负载调节特性、效率特性进行了分析,进而对比分析了DWIG在两种控制策略下的稳压控制效果;最后,针对DWIG带交流负载,采用滞环电流控制策略,对其建压及在不同负载功率因数情况下转速变化、负载突变时的稳压控制效果进行了研究,并对其运行特性进行了分析,进而对比分析了DWIG带整流桥负载与带交流负载时的稳压控制效果。结果表明,滞环电流控制策略与改进的直接功率控制策略均能有效地对DWIG系统进行稳压控制,实现维持其功率绕组侧与控制绕组侧电压在不同运行工况下稳定的目的;滞环电流控制策略的动态与静态稳压效果均优于改进的直接功率控制策略,但其定子电流波形质量不及后者;DWIG的效率与控制绕组电流的性质取决于转速、功率绕组的负载大小与性质;DWIG带交流负载发电系统的动态稳压效果不及DWIG带整流桥负载发电系统,但前者静态稳压效果优于后者,且定子电流波形质量显著优于后者,尤其在低速情况下。本文的研究工作为DWIG带不同类型负载运行时的稳压控制效果与运行特性分析提供了理论支撑,为促进DWIG的应用奠定了理论基础。

关键词：定子双绕组感应发电机滞环电流控制改进的直接功率控制稳压特性运行特性

不同控制策略下定子双绕组感应发电机稳压效果与运行特性分析

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电力自动化设备 2016年第11期36卷 140-146页

作者：韩力卢彬罗张尧重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 成都南车电机有限公司设计部四川成都610051 国网重庆市电力公司万州供电分公司重庆404000

针对基于两状态优化开关表的直接功率控制策略的不足,提出了基于三状态优化开关表的直接功率控制策略(IDPCS)。在此基础上,在定子双绕组感应发电机(DWIG)轻载建压、转速变化及负载突变工况下,针对IDPCS与滞环电流控制策略(HCCS)的动态... 详细信息

针对基于两状态优化开关表的直接功率控制策略的不足,提出了基于三状态优化开关表的直接功率控制策略(IDPCS)。在此基础上,在定子双绕组感应发电机(DWIG)轻载建压、转速变化及负载突变工况下,针对IDPCS与滞环电流控制策略(HCCS)的动态和静态稳压控制效果进行了对比分析,进而对DWIG在上述2种控制策略下的空载调节特性、负载调节特性及效率特性进行了比较。结果表明,无论采用何种控制策略,DWIG均能实现建压,在转速变化、负载突变等工况下均能实现恒压输出,且DWIG运行特性的变化规律一致;HCCS的动态与静态稳压控制效果均优于IDPCS,且随转速升高两者的稳压控制效果均逐渐改善;与HCCS相比,采用IDPCS可使DWIG效率更高,尤其在高速情况下。

关键词：定子双绕组感应发电机滞环电流控制改进的直接功率控制稳压效果运行特性

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定子双绕组风力感应发电机优化设计方法

电力自动化设备 2015年第3期35卷 33-40页

作者：韩力罗张尧金钊袁春卢彬潘小兵重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 国家电网重庆市电力公司万州供电分公司重庆404000 重庆通信学院军用特种电源军队重点实验室重庆400035

结合定子双绕组感应发电机(DWIG)在风力发电场合的运行特点,建立了风力DWIG的优化设计模型,提出了相应的优化目标、优化变量及约束条件。针对粒子群优化算法早熟收敛的问题,提出了一种具有向成功和失败双重学习能力的遗传-粒子群综合算... 详细信息

结合定子双绕组感应发电机(DWIG)在风力发电场合的运行特点,建立了风力DWIG的优化设计模型,提出了相应的优化目标、优化变量及约束条件。针对粒子群优化算法早熟收敛的问题,提出了一种具有向成功和失败双重学习能力的遗传-粒子群综合算法(GPSMA)。在此基础上,分别以转速范围内的控制绕组电流及额定效率为优化目标,利用GPSMA对一台18.5 k W的DWIG进行了优化设计,并对2套优化方案进行了分析。结果表明,优化之后的样机的控制绕组电流最大值下降了62.7%或额定效率提高了0.94%,说明GPSMA有助于DWIG优化设计。

关键词：感应发电机定子双绕组感应发电机风电遗传-粒子群综合算法发电机设计优化

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定子双绕组感应发电机系统建模与实现

电气传动 2009年第3期39卷 28-32页

作者：张勇胡育文李勇黄文新邱景峰南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016

针对电力电子变换器控制的新型定子双绕组感应发电机(DWIG),从有功和无功电流的角度分析了系统的工作原理。根据旋转d-q坐标系下简化的数学模型,建立了系统的传递函数,进而设计了PI调节器的参数,通过设计的参数,大大缩短了仿真与实验的... 详细信息

针对电力电子变换器控制的新型定子双绕组感应发电机(DWIG),从有功和无功电流的角度分析了系统的工作原理。根据旋转d-q坐标系下简化的数学模型,建立了系统的传递函数,进而设计了PI调节器的参数,通过设计的参数,大大缩短了仿真与实验的调试时间。在Matlab/Simulink下的仿真结果和实验结果,验证了模型的正确性和PI参数设计的合理性。

关键词：定子双绕组感应发电机有功电流无功电流系统建模 PI调节器

基于直接功率控制的定子双绕组感应发电机系统电压调节技术

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中国电机工程学报 2008年第26期28卷 111-117页

作者：李勇胡育文陈光辉黄文新邱景峰张勇刘陵顺航空电源航空科技重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

分析了定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator,DWIG)系统电压控制机理,并由此揭示了控制绕组瞬时功率对系统电压的影响,在此基础上提出了DWIG发电系统的直接功率控制策略,即根据控制绕组端电压所在的扇区和功... 详细信息

分析了定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator,DWIG)系统电压控制机理,并由此揭示了控制绕组瞬时功率对系统电压的影响,在此基础上提出了DWIG发电系统的直接功率控制策略,即根据控制绕组端电压所在的扇区和功率滞环比较器的输出,选取优化开关表中合适的电压矢量,以对控制侧瞬时功率实施直接控制。该控制结构由控制绕组指令功率生成、控制绕组瞬时功率计算、功率滞环及优化开关表等模块组成,该文对其进行了详细分析。在一台18kW原理样机系统上的试验结果证明了该控制策略的有效性。

关键词：定子双绕组感应发电机静止励磁控制器直接功率控制优化开关表独立发电系统

基于空间电压矢量调制的定子双绕组感应发电机系统电压控制技术

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中国电机工程学报 2008年第23期28卷 112-118页

作者：李勇胡育文黄文新邱景峰陈光辉郝振洋航空电源航空科技重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

将空间电压矢量调制(space vector modulation,SVM)策略应用于定子双绕组感应发电机(dualstator-winding induction generator,DWIG)系统,不仅提高了直流母线利用率、降低了控制绕组侧静止励磁控制器(static excitation controller,SEC)的直流母线电压,而且有效降低了控制绕组电流谐波。该文在分析SEC数学模型的基础上,提出基于SVM的DWIG发电系统电压解耦控制策略,并对DWIG系统建压、突加突卸负载进行了仿真和实验研究,结果证明该控制策略具有良好的动静态性能。该文进一步拓展了SVM控制下的发电机转速运行范围,并用节点导纳法对该变速运行过程中的电压和电流关系进行了定量分析,实验结果验证了该方法的正确性。

关键词：定子双绕组感应发电机独立供电系统静止励磁控制器空间电压矢量调制节点导纳变速运行

带整流桥负载的定子双绕组感应发电机系统宽转速运行时的稳态特性

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中国电机工程学报 2008年第17期28卷 125-131页

作者：李勇胡育文刘陵顺黄文新陈光辉邱景峰航空电源航空科技重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

针对带整流桥负载的定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator,DWIG)系统在宽转速范围内运行时的稳态运行特性进行了研究。建立了带电容滤波的整流桥负载的DWIG系统数学模型,指出整流桥负载是具有容性的非线性负载... 详细信息

针对带整流桥负载的定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator,DWIG)系统在宽转速范围内运行时的稳态运行特性进行了研究。建立了带电容滤波的整流桥负载的DWIG系统数学模型,指出整流桥负载是具有容性的非线性负载,提出了采用数学仿真的方法进行励磁电容的选取以降低变换器容量。采用控制绕组端电压定向的控制策略,对一台18kW、270V带整流桥负载的DWIG系统在变速时稳态规律进行了仿真和实验研究,结果表明发电机系统能够在4000-8000r/min宽转速范围内稳定运行,控制绕组最大功率为功率绕组额定输出功率的37%,控制绕组电流的最大有效值为功率绕组电流额定值的21%,与输出功率比较,实现了大幅度降低控制侧变换器容量的目的。

关键词：定子双绕组感应发电机静止励磁变换器励磁电容容量整流桥负载海上风力发电

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并网型定子双绕组感应风力发电系统的研究

太阳能学报 2013年第9期34卷 1561-1566页

作者：施凯黄文新胡育文卜飞飞南京航空航天大学自动化学院南京210016 江苏大学电气信息工程学院镇江212013

针对能宽转速运行的定子双绕组感应发电机(DWIG),建立一套能并网运行的风力发电实验系统。通过该系统,研究DWIG在宽风速范围内并网运行的控制规律以及适用于DWIG风力发电系统的并网逆变器控制策略,为实现系统的最大功率追踪提供实验依... 详细信息

针对能宽转速运行的定子双绕组感应发电机(DWIG),建立一套能并网运行的风力发电实验系统。通过该系统,研究DWIG在宽风速范围内并网运行的控制规律以及适用于DWIG风力发电系统的并网逆变器控制策略,为实现系统的最大功率追踪提供实验依据。另外,根据DWIG及其并网逆变器在控制策略上的特殊性,研究适用于该系统的最大功率追踪策略。实验证明了DWIG风力发电系统并网运行的可行性以及控制策略的有效性。

关键词：风力发电定子双绕组感应发电机并网逆变器最大功率追踪

宽风速运行的定子双绕组感应电机风力发电系统拓扑及控制策略

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电工技术学报 2012年第7期27卷 78-85页

作者：施凯黄文新胡育文卜飞飞南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京210016 江苏大学电气信息工程学院镇江212013

介绍了一种适用于宽风速范围运行的新型定子双绕组感应发电机风力发电系统,其拓扑特点是将控制侧励磁变换器的直流母线经二极管与功率侧直流母线相连。在低风速区,利用电压泵升原理将励磁变换器的直流母线电压泵升至指令值,电能由控制... 详细信息

介绍了一种适用于宽风速范围运行的新型定子双绕组感应发电机风力发电系统,其拓扑特点是将控制侧励磁变换器的直流母线经二极管与功率侧直流母线相连。在低风速区,利用电压泵升原理将励磁变换器的直流母线电压泵升至指令值,电能由控制侧直流母线端输出,拓宽了系统在低风速下的风能利用能力;在高风速区,功率绕组侧输出电压可上升至指令值,并联二极管断开,电能由功率侧整流桥的直流母线输出,控制侧变换器调节系统励磁无功保持输出电压恒定。该发电系统拓扑及控制方法实现了系统在宽风速范围内均能输出恒定的高压直流,可简化后级并网逆变器的结构和控制。在一台额定37 kW/DC 600V的样机上进行了实验研究,结果表明该风力发电系统的可行性和控制策略的有效性。

关键词：定子双绕组感应发电机风力发电宽风速运行励磁变换器电压泵升