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BDFG存在的问题

排列3 www.jeimw.cn 相对于传统异步、同步电机,BDFG作为一种新型电机,定子绕组与转子绕 组经过特殊设计,有独特的运行机理。在变速恒频发电和变频调速等相关领域被 众多专家一致看好,但是,还存在一些不足[99) (1)谐波含量大,电机本身绕组设计上不能较好的兼顾功率侧和控制侧的两种 极数存在大量谐波磁场,另外,控制绕组直接与变流器连接,变流器发出的PWM 波含有大量谐波,大量的谐波会造成电网污染。 (2)电机运行效率低,由于交互转子电流增大了电机的损耗和发热量,因此大 大降低电机效率。 (3) BDFG数学模型比异步电机和双馈电机复杂得多,模型参数计算不准确。 还有电机的参数如控制侧功率侧的电阻电感等易受发电机运行环境的影响,是一 个时变的值,无法精确测定。目前用于BDFG矢量控制的一般在双同步速坐标系 下进行,无速度传感器控制方法相对研究较少。 因此,对BDFG的建模与控制等的研究有待进一步加强,对BDFG的无速度 传感器控制对实际应用研究方面,有许多问题需要探讨,对BDFG风力发申系统有必要进行整体优化研究。 3课题的主要研究内容和创新点 3. 1课题研究的内容 近年来,我国风力风电产业得到快速发展,风力发电技术尤其是发电机的选 择和控制技术还远不成熟,依然是众多的学者研究的热点。在国家自然科学基金 项目“风机变流器电网适应性的实验室模拟与控制(51077034)”为背景的支持下, 本文主要对变速恒频BDFG的矢量控制和基于模型参考自适应无速度传感器控制 及背靠背变流器直流侧电容的减小进行了分析与研究。具体的研究工作主要是以 下几个方面: 第一章对风力风电的国内外现状进行了回顾,探讨了BDFG的建模发展历程 并对其控制进行了总结和概括。阐述了现有的BDFG无速度传感器控制技术。 第二章对BDFG的运行机理及能量流动和数学模型进行了相关的分析,对四 种模型进行了比较,得到了BDFG的功率侧的静止坐标系的模型和双同步速旋转 坐标系的模型,为后面提出的在两个坐标系模型下的速度估计提供控制对象,对 BDFG的矢量控制策略也是建立在双同步速数学模型的基础上的。 第三章采用矢量控制方法,通过解祸控制BDFG的励磁电流和转矩电流,实 现调节BDFG的功率因数。在并网前控制的策略是使功率侧输出电压在幅值、频 率及相位上达到并网要求,从而使BDFG实现变速恒频并网发电的控制目标,提 高发电效率。详细分析了当前BDFG的无速度传感器技术,指出了现有的BDFG 的无速度传感器控制的缺陷。针对无刷双馈发电机复杂的内部电磁关系,依据双 馈电机的无速度传感器控制理论,提出一种适用于无刷双馈发电机的速度估计方 法。

以无刷双馈发电机特有的双同步速旋转坐标系作为参考坐标系,提出了基于 定子功率侧磁链观测的模型参考自适应转速辨识控制策略??朔舜车拇帕垂?测采用静止坐标系模型带来的复杂运算和建立参考模型时存在纯积分的不足。在 小信号模型下对设计方案进行了分析,分析了常规PI调节器时负载有功电流大小 对速度估计的影响及固定的比例、积分参数不能获得对无刷双馈发电机不同工况 下的速度估计的优良性能,并且提出了模糊PI的模型参考自适应速度估计方法来 克服速度估计中的动态快速性问题,利用Matlab/Simulink软件建立了BDFG的仿 真数学模型,进行仿真来验证所提出转速观测方法的正确性,并在BDFG系统中 对比分析了模糊PI无速度传感器控制与传统PI无速度传感器控制系统的性能。 第四章为了提高系统对直流电容电压的控制的快速性,抑制直流母线电压的 波动,更好的实现速度估计,对控制侧的背靠背变流器提出了内模一前馈复合控制方案,进行了小信号模型的分析,最后,结果表明复合控制策略快速地实现了直流 电压的稳定,极大改善了对直流母线电压的控制。在相同的电压波动的情况下, 能大大降低直流侧的电容的容量,控制方案在理论和仿真及实验上都进行了验证。 第五章以实验室的BDFG实验样机为控制对象,搭建了变速恒频风力发电控 制系统的实验平台,以TMS320LF28335为控制核心,采用普通异步电动机来模 拟风机拖动实验用的BDFG进行实验研究。采用模型参考自适应速度估计算法, 分别在常规PI和模糊PI无速度传感器情况下,对BDFG矢量控制系统的变速恒 频控制跟踪性能和抗干扰性能进行实验研究,以验证所提出控制方案的可行性。

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