风力发电机外文文献翻译

风力发电机外文文献翻译

本文旨在研究针对小规模发电并网风力涡轮机和直接驱动永磁同步发电机(PMSG)的控制系统结构与优化控制策略，以提高其效率、实用性和降低成本。研究采用无传感器矢量控制策略基于锁相环(PLL)，对PMSG控制和电网侧逆变器控制策略是基于单相锁相环。通过仿真验证，证明了无位置传感器控制策略和单相电网侧逆变器控制策略对PMSG风力涡轮机发电的实用性，可以提供发电机转速控制、跟踪优化风力发电、保证良好的电能质量和控制电能传送到网格。该系统具有简单的拓扑、优化的控制策略、成本效益和快速响应电网失效等优势。最后指出，直接驱动PMSG的使用可以解决DFIG风力涡轮机中存在的噪声、功率损耗、额外成本和潜在的机械失败等问题，并且相比DFIG，PMSG更易于解决低电压流过(LVRT)问题。在变速PMSG系统中，常使用矢量控制方法来实现电网侧逆变器的有功无功解耦，从而维护直流环节电压并提高功率因数。同时，不同控制下的最大功率点跟踪方法也已经被广泛讨论。本研究采用基于锁相环（PLL）的无传感器矢量控制策略，只需要一个活跃的开关装置（即绝缘栅双极晶体管），即可控制发电机的转矩和速度，以提取最大风能。这种方法适用于小规模风力涡轮机，具有简单的拓扑结构和低成本的优点。网格侧逆变器控制策略基于单相锁相环，将控制方法应用在直接正交旋转单相逆变器中，从而实现框架的稳定状态和优越的动态性能。针对向消费者提供单相电源的小型风力发电机，本研究采用单相锁相环方法基于DQ旋转框架，能够很好地解决有功功率和无功功率的分离问题。而无传感器矢量控制方法则选择编码器，从而提高风力涡轮机的可靠性。因此，对于小型风力涡轮机而言，无传感器矢量控制和单相锁相环法具有独特的优势。本文将在三个结构部分进行介绍，包括全功率背靠背PWM变流器的原理、矢量控制的小规模并网风力发电系统以及仿真结果和结论。其中，全功率背靠背PWM变换器采用背靠背双脉宽调制结构，控制发电机转速以达到捕获最大的风能，同时电网侧逆变器控制DCbus电压的稳定性和系统的功率因数。而小规模并网直驱式风力发电系统转换器的矢量控制则采用基于锁相环的无传感器矢量控制策略，具有简单的拓扑结构和优越的动态性能。图2展示了背靠背PWM电压转换器矢量控制的框图。边缘PWM变频器通过调整当前的d轴和q轴来控制电磁转矩和定子无功功率，从而帮助PMSG在变速下运行，实现风力涡轮机在额定风速与最大功率点跟踪(MPPT)工作。电网侧PWM逆变器可以稳定直流母线电压，并通过调整当前的d轴和q轴实现有功无功解耦控制。电网侧脉宽调制逆变器通常在单位功率因数条件下还控制着无功功率流向电网。为了实现速度和位置控制，采用了基于全数字锁相环的无传感器矢量控制方法。锁相环通过最小化输出电压相位角和给定的电压相角的差异来控制dq轴电压的频率，直到输出电压相角跟踪到定电压相角。这种方法可以用于风力发电系统，但在非常低的速度时会出现一些问题。PMSG的实际转子位置和估计的位置之间存在一个错误Δθ，同时转子永久磁铁产生的反电动势在估计转子位置定向坐标时分解成两个d轴和q轴部分。常规PI控制器可以实现零误差控制，即esd或者Δθ可以被调整到零值。基于数字锁相环的无传感器矢量控制框图如图5所示。反电动势旋转坐标的估计值可以通过PMSG定子的三相电压和电流计算。估计相角差Δθ可以用来计算PI控制器的角速度，并通过积分法获得估计的相角值。为了减小转速的波动，可以添加低通滤波器(LPF)来获得更好的估计值。为了研究PMSG的转矩控制，需要建立一个数学模型。在D-Q坐标系中，q轴与d轴相差90°，因此发电机电压方程可以表示为以下式子：在上述式子中，各种物理量的意义与之前提到的相同。发电机电磁转矩方程可以表示为：其中，p是发电机极对数，ψ是磁通量。基于上述数学模型，可以建立PMSG的无传感器矢量控制程序，其控制功能块图如图6所示。通过无传感器估计算法得出的发电机转子位置和速度可以用于矢量控制。电动机转矩的参数可以通过速度控制器获得。发电机的电压参数也可以通过电流控制器获得，然后整流器开关装置的控制信号可以通过一组PWM调制算法获取。矢量控制时必要的发电机转子位置和速度是通过无传感器算法获得的。单相发电并网锁相环的框图如图7所示。为了确保转换器输出电压伴随着同一阶段的输出电流，锁相环用来实现单位功率因数控制。在同一时间，转换器还提供了电流变换角度参数[5]。在a-b和d-q之间的正交参考系转换可以被描述成三角关系，这个在(5)和(6)中已说明，旋转参考系如图8所示。有功功率和无功功率方程可以表示为：如果相电压和q轴重合，那么Vq=，Vd=0，Vq=/V/，有功功率和无功功率方程可以简化为：对于一个三相变换器，简单的PI补偿器设计在一个D-Q同步系统可以在基本频率下实现零稳定状态误差，但这种方法不适用于单相电源转换器。因为在一个单相功率转换器中只有一个阶段变量可用，而D-Q转换至少需要两个正交变量。为了从原始的单相电源转换器构建额外的正交相位信息，假想的正交回路得是成熟的，见图9。假想的正交回路有完全相同的电路元件和参数，但当前的电流ib和电压eb，在真正的回路中与之相对应保持90度相位移。从图9中看出，电压方程可以表示为：运用公式(5)和(6)改变电压方程到同步参考系，并考虑vd=0和vq=/v/，我们可以