風(fēng)力發(fā)電機外文文獻翻譯

1、外文文獻原名Vector control strategy for small-scale gridconnectedPMSG wind turbine converter中國知網(wǎng)上有Chunxue Wen, Guojie Lu, Peng Wang, Zhengxi Li Member IEEE, Xiongwei Liu Member IEEE,Zaiming Fan Student Member IEEE小規(guī)模發(fā)電PMSG風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)換器矢量控制摘要本文的目的是要找到一個創(chuàng)新的,效率高、實用、低成本并針對小規(guī)模發(fā)電并網(wǎng)風(fēng)力渦輪機和直接驅(qū)動永磁同步發(fā)電機(PMSG)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與優(yōu)化控制策

2、略。本研究采用無傳感器矢量控制策略基于鎖相環(huán)(PLL)，對PMSG控制和電網(wǎng)側(cè)逆變器控制策略是基于單相鎖相環(huán)。仿真證明了無位置傳感器控制策略和單相電網(wǎng)側(cè)逆變器控制策略對PMSG風(fēng)力渦輪機發(fā)電實用的解決方案,他們可以提供發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制，跟蹤優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電，保證良好的電能質(zhì)量，控制電能傳送到網(wǎng)格。設(shè)計的系統(tǒng)提供了許多獨特的優(yōu)勢,包括簡單的拓撲,優(yōu)化的控制策略,成本效益和快速響應(yīng)電網(wǎng)失效。索引詞最大功率點跟蹤(MPPT),PMSG,脈沖寬度調(diào)制(PWM)變流器、速度控制,變速風(fēng)力渦輪機、摘要近年來,主要的研究方向都集中在可再生能源,比如風(fēng)能和太陽能。風(fēng)能由于其相對較低的成本而成為最受歡迎的可再生能源。

3、按照大氣條件采用最優(yōu)控制效率高功率電子轉(zhuǎn)換器來提取最高功率，整個系統(tǒng)成本可以進一步減少。11 風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)基于永久永磁同步發(fā)電機(PMSG)是一種最有利的和可靠的發(fā)電方法。對比感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)風(fēng)力機齒輪箱，直接驅(qū)動PMSG變速風(fēng)力渦輪機可以明顯改善可靠性。對于一個DFIG風(fēng)力渦輪機，因為變速箱的存在，噪聲、功率損耗、額外成本,和潛在的機械失敗都是典型的問題。直接驅(qū)動PMSG的使用可以解決這些問題。此外，低電壓流過(LVRT)也是一個大問題,因為DFIG轉(zhuǎn)子和定子電磁關(guān)系比PMSG更復(fù)雜，因此對于DFIG來說安全可靠的解決LVRT問題更加困難。在變速PMSG系統(tǒng),矢量控制方法常被用在電網(wǎng)側(cè)

4、逆變器（一種電流調(diào)節(jié)電壓源逆變器）來實現(xiàn)有功無功解耦的近功率控制。通過這種方式,功率轉(zhuǎn)爐維護直流環(huán)節(jié)電壓和提高功率因數(shù) 1、7,10。不同控制下最大功率點跟蹤方法(MPPT)變速風(fēng)力渦輪發(fā)電機已討論2、4、7。本研究采用基于鎖相環(huán)(PLL)對PMSG控制的無傳感器矢量控制策略。這個方法只需要一個活躍的開關(guān)裝置,即絕緣柵雙極晶體管(IGBT),用來控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩和速度,以提取最大風(fēng)能。得益于無傳感器矢量控制策略，這是為小規(guī)模風(fēng)力渦輪機而設(shè)計的一個簡單的拓撲結(jié)構(gòu)和低成本解決方案。這個網(wǎng)格側(cè)逆變器控制策略是基于單相鎖相環(huán),它將控制方法應(yīng)用在直接正交(DQ)旋轉(zhuǎn)單相逆變器從而實現(xiàn)框架的穩(wěn)定狀態(tài)和優(yōu)越

5、的動態(tài)性能6。向消費者提供單相電源的小型風(fēng)力發(fā)電機很受歡迎的。單相逆變器有許多的控制方法，如PI控制器,準公關(guān)控制器等。然而,這些方法即使具有良好的功率控制性能卻也不能分離有功功率和無功功率。單相鎖相環(huán)方法基于DQ旋轉(zhuǎn)框架能很好地解決這個問題。另一方面,編碼器是脆弱的風(fēng)力渦輪機組件,特別是對于小型風(fēng)力渦輪機,因為小風(fēng)渦輪機的經(jīng)驗比它們同行評價振動大。無傳感器矢量控制選擇了編碼器,因此風(fēng)力渦輪機的可靠性有了很大提高。由于這些原因,對于小型風(fēng)力渦輪機無傳感器矢量控制和單相鎖相環(huán)法有其獨特的優(yōu)勢。本文是在以下三個結(jié)構(gòu)部分進一步介紹。在第二部分將介紹全功率背靠背PWM變流器的原理。然后矢量控制的小規(guī)模

6、并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括無傳感器控制、矢量控制、單相鎖相環(huán)PMSG,矢量控制變頻器的網(wǎng)格邊等在第三節(jié)進行描述。最后,在第四部分仿真結(jié)果,給出結(jié)論。II、全功率背靠背PWM變換器的原則典型的拓撲模型的直接驅(qū)動風(fēng)力渦輪機PMSG被用在一些沒價值的地方。1。轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)采用背靠背雙脈寬調(diào)制(PWM)結(jié)構(gòu)。這個發(fā)電機側(cè)變換器控制發(fā)電機轉(zhuǎn)速以達到捕獲最大的風(fēng)能,電網(wǎng)側(cè)逆變器控制DCbus電壓的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的功率因數(shù)。這種拓撲是提高性能的一個不錯方法,并且控制方法是很靈活的。轉(zhuǎn)換器有四象限操作功能，它可以滿足發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制并提供優(yōu)質(zhì)的電能給電網(wǎng)。III.小規(guī)模并網(wǎng)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器的矢量控制圖2顯示了背

7、靠背PWM電壓轉(zhuǎn)換器矢量控制框圖。邊緣PWM變頻器通過調(diào)整邊緣轉(zhuǎn)換器當前的d軸和q軸來控制電磁轉(zhuǎn)矩和定子無功功率(無功功率通常被設(shè)置為0)這種控制機制可以幫助PMSG在變速下運行,從而風(fēng)力渦輪機可以在額定風(fēng)速與最大功率點跟蹤(MPPT)工作。電網(wǎng)側(cè)PWM逆變器可以穩(wěn)定直流母線電壓,通過調(diào)整電網(wǎng)側(cè)當前的d軸和q軸實現(xiàn)有功無功解耦控制。電網(wǎng)側(cè)脈寬調(diào)制逆變器通常在單位功率因數(shù)條件下還控制著無功功率流向電網(wǎng)。A 基于鎖相環(huán)的無傳感器控制速度和位置控制是通過邊緣變頻器基于全數(shù)字鎖相環(huán)的無傳感器矢量控制來實現(xiàn)的。鎖相環(huán)是設(shè)計是用來通過最小化輸出電壓相位角和給定的電壓相角的差異來控制d q軸電壓的頻率,直到

8、輸出電壓相角跟蹤到定電壓相角。因為鎖相環(huán)擁有頻率閉環(huán)跟蹤機制，發(fā)電機電壓頻率以與d軸電壓和轉(zhuǎn)子磁通角度可以用這一特征來測量,那么發(fā)電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角也可以推斷出來2。運用這種方法控制精度通常很良好,但是當發(fā)電機運行在非常低的速度時會出現(xiàn)一些問題。風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)通常在高于切入風(fēng)速時工作,所以這個方法可以應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。PMSG的實際轉(zhuǎn)子位置被標注在在D-Q坐標系中。估計的位置是d-q坐標系，是靜止的坐標系，如圖3所示。當在無傳感器矢量控制系統(tǒng)PMSG轉(zhuǎn)子位置估算的而不是測量的時,則實際的轉(zhuǎn)子位置和估計的位置之間存在一個錯誤。同時,轉(zhuǎn)子永久磁鐵產(chǎn)生的反電動勢在估計轉(zhuǎn)子位置定向坐標時分解成兩個d

9、軸和q軸部分,分別表示為esd和esq。常規(guī)PI控制器可以實現(xiàn)零誤差控制,即esd或者可以被調(diào)整到零值。鎖相環(huán)的無傳感器矢量控制原理圖如圖4,esd和esq的數(shù)值可以從公式（1）得出如果忽視當前的微分項(1),則可以得出：其中usd， usq，isd和isq是發(fā)電機定子輸出電壓和電流的d，q軸分量；Ld，Lq和Rs定子是電感和電阻,是發(fā)電機電氣角速度;“”表示估計值?；跀?shù)字鎖相環(huán)的無傳感器矢量控制框圖如圖5所示。反電動勢(電動勢)旋轉(zhuǎn)坐標的估計值可以通過PMSG定子的三相電壓和電流計算。估計相角差可以用來計算PI控制器的角速度。估計的相角值通過積分法獲得。一般來說,使用這種方法轉(zhuǎn)速會有相當大

10、的波動。因此通過添加低通濾波器(LPF)它將達到一個更好的估計值,如圖5所示。B.PMSG矢量控制為了研究PMSG的轉(zhuǎn)矩控制，有必要建立一個數(shù)學(xué)模型。因為在D-Q坐標系q軸與d軸相差90,所以發(fā)電機電壓方程可以表示為8所示:在(3)式中各種物理量的意義同(1)。發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩方程可以表示為:其中p是發(fā)電機極對數(shù),和是磁通量。基于上述數(shù)學(xué)模型,PMSG的無傳感器矢量控制程序則可建立,其控制功能塊圖如圖6所示。通過無傳感器估計算法得出的發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置和速度可以用于矢量控制。電動機轉(zhuǎn)矩的參數(shù)可以通過速度控制器獲得。發(fā)電機的電壓參數(shù)也可以通過電流控制器獲得,然后整流器開關(guān)裝置的控制信號可以通過一組PW

11、M調(diào)制算法獲取。矢量控制時必要的發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置和速度是通過無傳感器算法獲得的。C.單相發(fā)電并網(wǎng)鎖相環(huán)圖7顯示了單相控制連接鎖相環(huán)的框圖。為了確保轉(zhuǎn)換器輸出電壓伴隨著同一階段的輸出電流,鎖相環(huán)是用來實現(xiàn)單位功率因數(shù)控制。在同一時間轉(zhuǎn)換器還提供了電流變換角度參數(shù)5。在a-b和d-q之間的正交參考系轉(zhuǎn)換可以被描述成三角關(guān)系,這個在(5)和(6)中已說明,旋轉(zhuǎn)參考系如圖8所示。有功功率和無功功率方程可以表示為:如果相電壓和q軸重合,然后Vq = ,Vd=0， Vq=/V/，有功功率和無功功率方程可以簡化為:D .電網(wǎng)側(cè)逆變器的矢量控制策略對于一個三相變換器,簡單的PI補償器設(shè)計在一個D-Q同步系統(tǒng)可以

12、在基本頻率下實現(xiàn)零穩(wěn)定狀態(tài)誤差,但這種方法不適用于單相電源轉(zhuǎn)換器,因為在一個單相功率轉(zhuǎn)換器中只有一個階段變量可用,而D-Q轉(zhuǎn)換至少需要兩個正交變量。為了從原始的單相電源轉(zhuǎn)換器構(gòu)建額外的正交相位信息,假想的正交回路得是成熟的,見圖9。假想的正交回路有完全一樣的電路元件和參數(shù),但當前的電流ib和電壓eb，在真正的回路中與之相對應(yīng)保持90度相位移。 從圖9中看出，電壓方程可以表示為：運用公式(5)和(6)改變電壓方程到同步參考系,并考慮vd=0和vq=/v/，我們可以得到:為了實現(xiàn)有功功率和無功功率解耦控制,逆變器在同步參考系輸出電壓可以表示為:將(11)和(12)替換到(10)、系統(tǒng)方程可以被化簡

13、如下:有功功率和無功功率可以通過id和id分解來控制。因此,系統(tǒng)控制可以通過電流反饋循環(huán)完成，如下:圖10顯示了電網(wǎng)側(cè)逆變器的控制框圖。應(yīng)該指出的是,給定的主動和被動電能應(yīng)該設(shè)置所需的值的兩倍,因為虛擬回路將不會對電網(wǎng)提供任何有功和無功功率。IV.仿真結(jié)果在以上理論分析基礎(chǔ)上在Matlab / Simulink建立一個仿真模型，系統(tǒng)仿真塊圖如圖11。A.邊緣轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果在仿真模型中,參考速度代表了風(fēng)速。在模擬開始時候(即0s),發(fā)電機轉(zhuǎn)速是4 rpm，它的輸入轉(zhuǎn)矩是-50Nm。在0.5s時,發(fā)電機轉(zhuǎn)速是17 rpm，輸入轉(zhuǎn)矩保持在-50 Nm的數(shù)值。在1 s,發(fā)電機速度保持在17 rpm和

14、輸入轉(zhuǎn)矩是-8Nm。模擬波形分別顯示如圖12、圖13、圖14、圖15。從圖12和圖13可以看到,估計轉(zhuǎn)子位置角和實際測量的轉(zhuǎn)子位置角之間的差別在穩(wěn)定狀態(tài)時是非常小的,雖然在動態(tài)響應(yīng)時有一些波動,但轉(zhuǎn)子依然能快速運轉(zhuǎn)，位置角依然穩(wěn)定。從圖14和圖15可以看到,在低速運行時發(fā)電機轉(zhuǎn)子的估算速度和測量速度之間有一個小小的誤差。然而高速運行時,這個誤差更小,可以忽略,并且瞬態(tài)響應(yīng)非常短。在1s時,輸入轉(zhuǎn)矩增大輕微的影響發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,瞬態(tài)響應(yīng)很快消失。邊緣轉(zhuǎn)換器的仿真波形證明無傳感器矢量控制算法可以準確估算轉(zhuǎn)子位置角,其向量控制策略可實現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制使風(fēng)力渦輪機遵循優(yōu)化功率曲線,即當風(fēng)速低于額定風(fēng)速

15、進行最大功率點跟蹤。B.電網(wǎng)側(cè)逆變器的仿真結(jié)果電網(wǎng)側(cè)逆變器的仿真結(jié)果分別如圖16、圖17和圖18。從圖16可以看到,當發(fā)電機輸出轉(zhuǎn)矩增大時,直流母線電壓保持恒定。圖17表明很好的隨著V變化，圖18表明i隨著v變化。從電網(wǎng)側(cè)逆變器的仿真結(jié)果可以看出,其單相鎖相環(huán)算法可以準確地跟蹤電網(wǎng)側(cè)電壓,電網(wǎng)側(cè)逆變器矢量控制策略可以穩(wěn)定直流母線電壓,并控制電網(wǎng)功率因數(shù)。V.結(jié)論本研究運用背靠背 脈沖寬度調(diào)制(PWM)拓撲結(jié)構(gòu)為直驅(qū)PMSG風(fēng)力渦輪機開發(fā)了一種小的電力電子變換器。仿真結(jié)果表明：1） 邊緣轉(zhuǎn)換器可實現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制使風(fēng)力渦輪機遵循優(yōu)化功率曲線,即當風(fēng)速低于額定風(fēng)速進行最大功率點跟蹤。2) 無

16、傳感器鎖相環(huán)(PLL)控制算法可以實現(xiàn)發(fā)電機矢量控制。3) 基于單相鎖相環(huán)的電網(wǎng)側(cè)逆變器控制算法可以穩(wěn)定整流器變頻器直流母線電壓，并控制電網(wǎng)功率因數(shù)。VI.參考文獻期刊：1田德,“世界風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢”，新能源產(chǎn)業(yè)已出版。2竇如真,顧凌云,寧寶濤,“基于鎖相環(huán)的永磁同步電動機無傳感器控制”，電機與控制應(yīng)用第32卷。53-57頁，2005版。書籍：3郭青鼎,一標,王麗梅,現(xiàn)代永磁交流伺服電機系統(tǒng)。中國電力,。學(xué)術(shù)研討會論文集論文(出版):4S.Song, S.Kang和 N.Hahm,可變速風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電網(wǎng)交-直-交變換器的實施和控制。2003年IEEE電力電子應(yīng)用會議與博覽會,第1卷

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