关键字 |
| 直流母线电压控制、永磁同步发电机(PMSG)风力发电机最大功率点跟踪、电压源换流器(VSC)。 |
介绍 |
| 全球快速消耗常规能源资源需要的实现可再生能源发电来满足日益增长的需求。近十年以来,技术创新和不断变化的经济和监管环境造成相当大的复兴的兴趣连接各种可再生能源资源的分布式发电并网发电。网格连接风力发电的数量在过去十年增加了巨大的。风能电力系统的普及率将会增加,他们可能会开始影响整个电力系统的行为,并拥有新的挑战工程师这些产生重大影响网格系统和设备操作的稳态、动态操作、可靠性、电能质量、稳定和安全的实用程序和客户。这种情况已经调查为了维持电力系统操作。 |
| 变速风力涡轮机的多极PMSG[1]和全面/完全可控电压源转换器(vsc)被认为是一种很有前途的,但不是现在非常流行,风力涡轮机的概念。这样的PMSG配置的优点是1)无齿轮建设;2)消除直流励磁系统;3)完整系统的可控性最大风能提取和网格界面;和4)缓解在完成fault-ride和网格支持。因此,效率和可靠性的VSC-based PMSG风力涡轮机是评估高于DFIG的风力涡轮机。由于强化网格编码,与满刻度VSC-based PMSG风力涡轮机绝缘栅双极型晶体管(IGBT)转换器是由风力发电越来越青睐的行业。 |
| Shuhui李等人[1]研究传统和小说的矢量控制机制PMSG风力涡轮机,并排有两个电压源脉冲宽度调制转换器。该方法是基于直接电流矢量控制机制来控制机器和grid-side PMSG风力涡轮机的转换器。然后,综合控制的最优控制策略开发PMSG最大功率提取、无功功率,电网电压控制的支持。 |
| Alka辛格等人[2]提出了分布式能源的好处包括长期能源安全,为造福农村人口分散的供应,DG是如何满足中国的能源需求不断增加。它还讨论了网格需要整合可再生能源/电力供应,几个问题和指导方针需要见过互连。进一步建模、仿真和性能的一个接口装置建模与电池的直流电压源逆变器环节(贝丝),这是一个最有前途的存储技术接口的可再生资源,如太阳能,风能等在直流环节进行了探讨。 |
| 顶替Ayodele等[3]提出的各种挑战电力系统规划者和效用运营商而言,电力系统电网完整性即电力系统安全,电力系统稳定性和权力顶替Ayodele等[3]提出了各种挑战电力系统规划者和效用运营商而言,电力系统电网完整性即电力系统安全、电力系统稳定和力量 |
| 年代。Vijayalakshmi等[4]提出的造型变速风力发电机和永磁同步发电机,在MATLAB / Simulink中实现为了验证其高频矩和风——速度特征。进一步的概念最大powerpoint跟踪方面提出了发电机转子转速的调整根据瞬时风速。 |
| F。Blaabjerg等[5]讨论了风力发电机的电力电子技术的应用程序。电力电子的应用在各种各样的风力涡轮机发电系统和海上风力发电场也说明,表明风力涡轮机的行为/性能很大程度上提高了使用电力电子。进一步电力电子是如何能够作为一个贡献者的频率和电压控制通过有源和无功功率控制。 |
| G。Ravi Kumar等[6]提出了一个方法放置不同类型的滤波器在IEEE 13总线工业配电系统谐波估计和最小化的优良性类型的过滤器(单调谐滤波器、双调谐滤波器)模型和近似计算前后过滤器连接。 |
| 拉德·W。情绪等[7]给出了风力发电机的性能及其电能质量问题确定测量的基础上,根据指定的准则在国际电工委员会IEC 61400 - 21所示。脉冲宽度调制(PWM)逆变器方案的电网连接风力发电电能质量改进是在MATLAB / SIMULINK仿真模拟和方案介绍了电能质量的改善。 |
| 本杰明Krposki等[8]检视与DG系统和相关的系统集成问题的好处使用电力电子接口的应用程序。进一步的电力电子接口如何与各种其他DG来源提供灵活的操作,以及它们如何可能会降低整体通过标准化和模块化互连成本进行了讨论。 |
| 本文直接电流矢量控制用于控制机侧变换器和电网侧变换器PMSG风力涡轮机和过滤器采用互连系统网格和栅极电压的电能质量评估在共同耦合点官通过测量是在可接受的范围之内。 |
系统配置和操作原理 |
| 基于直接驱动PMSG网格的系统配置界面的wec是图1所示。水平轴风力发电机是用于驱动PMSG。一个凸极式PMSG使用。动能在风使用风力发电机转换成机械转矩。机械能转化为电能使用PMSG。翻译促进变速操作实现MPPT, PMSG不能直接干扰电网。因此,两个在背对背配置使用vsc通用直流链称为MSC和GSC。这些VSC的独立控制。脉冲宽度调制技术是用来控制这些VSC的。每条腿的中点的GSC连接到电网的每个阶段供应通过电感器的接口。 The MSC controls PMSG currents in a desired phase, frequency and magnitude to achieve MPPT. The GSC is synchronized with the grid unlike a MSC. |
| 无功功率和有功功率与电网交换终端电压的相位和振幅的函数在AC GSC的终端。控制GSC的目的是保持恒定的直流环节电压下产生的有功功率的变化,同时保持PMSG的正弦电流。如果Vdc保持常数参考价值和负载侧逆变器的调制指数保持在一个固定值,输出交流电压的振幅可以控制并保持在额定电压,直流电压之间的关系和输出交流电压的三相脉宽调制(PWM)逆变器是由 |
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| VLL1哪里基本phase-phase均方根(rms)电压在交流方面,K是基本phase-phase均方根(rms)电压在交流方面,直流直流环节电压。 |
风力发电机模型 |
| 风力涡轮机捕获权力从空气动力学设计叶片并将其转换为旋转机械功率。以下方程[4]用来模拟风力涡轮机。风的动能(空气质量为m,风速v)是由以下方程 |
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直流MSC和GSC的矢量控制 |
| 直流向量控制技术[1]是一个矢量控制技术,最近开发了控制的同步发电机在变速PMSG风力涡轮机和VSC-based HVDC系统的控制权。与传统的矢量控制策略相比,直流矢量控制在这些应用程序演示了许多优点,如增强系统的稳定性、可靠性和效率。介绍了最优控制机制PMSG的风力涡轮机的系统直流dq向量控制配置。然后,基于提出的控制结构,PMSG系统开发的整体控制功能,包括最大功率提取控制,直流母线电压控制、无功功率控制和栅极电压控制的支持。 |
| 一个。发电机模型(MSC) |
| PMSG的动态模型可以描述在dq坐标系如下[1] |
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| ,房间隔缺损和Vsq d和q组件的即时定子电压、定子电阻Rs, Ld和Lq电感上的发电机d和q轴,isd和isq定子d和q轴电流,Ψf永久磁通。为了完成PMSG的数学模型,电磁转矩的表达式可以描述为 |
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| 如果id = 0,电磁转矩表示为: |
| Te = 3/2 pnΨf isq |
| MSC控制PMSG实现以下目标:最大能源开采从风和/或符合控制风电厂控制中心的需求。 |
| MSC的直流矢量控制策略,通过一个嵌套循环控制结构实现图所示,包括以下三个部分: |
| 1)从速度控制转变为电流控制; |
| 2)发展直流控制机制;和 |
| 3)从当前控制信号转换电压控制信号。 |
B。GSC模型 |
| GSC模型中的直流环节电容是一方面,表示电压的三相电压源在交流系统公共连接点(PCC)的另一边的转换器。dq坐标系,电压平衡整个网格过滤器 |
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| ωs是栅极电压的角频率,低频和射频电感和电阻的网格过滤器,分别Vd,矢量量化,Vd1, Vq1代表PCC的d -和q-axis组件电压和GSC输出电压,分别和id和智商代表的d -和q-axis组件GSC之间的电流和交流系统。 |
| PCC电压面向帧,瞬时主动和被动的权力转移从GSC网格是网格d -和q-axis电流成正比,分别如图所示[21]和[22],而稳态活性和反应能力是成正比的GSC d -和q-axis输出电压Vd1, Vq1分别如图所示,[23] |
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| GSC的直流矢量控制策略实现如图3所示通过嵌套循环控制器以下列方式: |
| 1)改变直流环节电压和无功功率控制d -和q-axis电流控制; |
| 2)开发直接电流控制方案;和 |
| 3)将电流控制信号转换为电压控制信号。 |
测试系统 |
| 这个测试用例由13个公交车和代表一个中型工厂。系统从一个共同的系统中使用的许多计算IEEE颜色书系列和例子。植物是美联储从69千伏电力供应和当地植物分布系统运行13.8 kV。系统图三所示。由于这个例子的平衡性质,只有积极的序列数据被认为是造型。电容的短架空线路和电缆都是被忽视的。变压器数据,数据行从[9]用于建模系统。 |
仿真研究和结果 |
| 风力涡轮机是模仿使用方程(2)(12)所示Fig9与风速阶跃信号不同从7到12米/秒风速阶跃变化在5秒代表变量并给出机械转矩的输出作为输入永磁同步发电机。数据用于模型风力涡轮机和PMSG评级在附录。MSC和GSC的建模使用方程(15)-(23)见图六从而实现操作的PMSG风力涡轮机在最大功率点,维持恒定的直流环节电压,从电网吸收无功功率控制。 |
| 因此从Fig14 15很明显,栅极电流和PMSG定子输出电流达到稳定状态和近1 p。u一步后信号变化(风速变化)在5秒显示有效MSC和GSC的性能。 |
| 因此,实权跟踪风力发电机的最大输出功率和无功功率来自网格几乎为零,可以意识到从图17和18。 |
结论 |
| 由此可见,对于电网连接与直流电直接驱动PMSG矢量控制机制最大功率点跟踪是为了最大限度地获取风MSC的速度控制,维持恒定的直流环节电压和从电网吸收无功功率的控制是通过d -和qaxis GSC的控制。栅极电压的谐波谱与风力涡轮机PMSG互联电网的分布式发电Fig22所示,它可以观察到,总谐波失真(THD)是5.78%,这是在可接受的范围内按照ieee - 519 - 1997标准。 |
附录 |
PMSG数据 |
| 额定功率= 1.5 mva,额定电压575 V,定子电阻Rs = 0.006欧姆,定子电感Ld, Lq = 0.3 e - 3 H,极数= 48,磁链= 1.48 V。年代,额定速度= 125 rpm |
风力涡轮机数据 |
| 风速= 7 - 12米/秒,刀刃半径= 33米 |
| 电网侧耦合阻抗R, L = 0.03(欧姆),0.3 h |
| 直流环节电压= 1150 V |
数据乍一看 |
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| 图21 |
图22 |
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引用 |
- Shuhui李,蒂莫西·a . Haskew,和威廉Gathings理查德·p·Swatloskis“最优和直流直接驱动PMSG风力发电机矢量控制”,IEEE电力电子,硕士论文,2012年5月5号,。
- Alka辛格Bhim辛格“电能质量问题与分布式能源集成公用电网”,(INDICON) 2010年度印度IEEE会议。
- 西奥多Ayodele, Jimoh, J。L蒙达语,J。T阿吉,“挑战风力发电在电力系统电网电网一体化的完整”,国际可再生能源研究期刊》的研究,第二部,4号,2012年。
- S.Vijayalakshmi Sasikumar,萨拉瓦南,随机变数Sandip Vijay bloom,“建模和控制风力涡轮机使用PMSG”,国际工程科学与技术杂志》上(ij),第三卷3号2011年3月,ISSN: 0975 - 5462。
- f . Blaabjerg z . Chen r . Teodorescu f . Iov“电力电子在风力发电机系统”,IEEE会议(2006)
- G.RaviKumar M.Lokya, T。Vijay市政”,估计和谐波最小化在IEEE 13总线分配系统”,国际工程研究与技术杂志》上(IJERT),卷。1问题7,2012年9月,ISSN: 2278 - 0181。
- MirzaMohd。Shadab AbuTariq”,性能分析永磁同步发电机与风力发电机”,国际先进技术与工程研究杂志(IJATER) 2卷,问题2,2012年5月,ISSN没有:2250 - 3536。
- 本杰明Kroposki,克里斯托弗粉红色,RichardDeBlasio,霍莉•托马斯,MarceloSim˜海洋能,Pankaj k .森”电力电子接口的分布式能源系统”IEEE能量转换,陈俊玮2010年9月3号。
- “谐波建模和仿真测试系统”,IEEE功率输出,14卷,2号,1999年4月。
- PriyankaSingh,克里特里帕西,Ankit武断的话,Nikhil Mishra”最近的趋势与电网功率转换器风能转换系统集成影响”IJREAS卷2,问题2(2012年2月)ISSN: 2249 - 3905。
- S.N.Bhadra D。Kastha, S。Banarjee,”风电气系统”。
- 穆罕默德·H。拉希德,“电力电子手册”,2007。
- R。克里希,“电机驱动器,建模、分析和控制”,2009。
- ArindamGhosh”,电能质量增强使用自定义电力设备”。
- P。Kundur,“电力系统稳定与控制”,1994。
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