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无互联通信下多三相永磁风力发电机分布式控制关键技术研究

批准号:
52107045
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
廖武
依托单位:
学科分类:
电机及其系统
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
廖武

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
海上风电由于运行环境复杂多变,运维难度大,对系统可靠性要求高。由多三相永磁发电机和多变流器组成的拓扑具有典型的模块化特征,冗余程度高,是未来大型海上风电系统拓扑发展的重要趋势。然而,现有集中式和带互联线分布式控制架构限制了该拓扑高冗余度优势的发挥。因此,项目提出在多三相永磁风力发电系统中采用无互联分布式控制架构。但由于取消了控制器间的物理互联通信,本地控制器无法直接获得其他绕组单元的状态信息,绕组单元间解耦与PWM载波同步控制的实现难度激增。为解决该难题,项目研究:1)复杂磁场耦合下绕组单元对外表征机理及局部模型演变规律;2)动态功率分配下绕组单元的局部参数自辨识与自解耦控制方法;3)低开关频率下的PWM载波偏差自检测与同步自校正方法。项目提出的方法可完全发挥出多三相永磁风电系统拓扑冗余度高的优势,有效提升系统的可靠性。相关研究成果可有效推动海上风电的发展,具有重要的科学意义和工程价值。
英文摘要
The offshore wind power has high requirements for reliability since the complex and changeable environment leads to the difficult maintenance. The topology composed of multi-three phase permanent magnet generators and multiple converters has typical modular characteristics. It leads to high redundancy for the offshore wind power system. The topology represents the development trend of offshore wind power in the future. However, the existing centralized and distributed control architectures with interconnected line limit the redundancy of this topology. Therefore, this project proposes a wireless distributed control architecture in the offshore wind turbine based on the multi-three phase permanent magnet synchronous generator. However, due to the cancellation of the physical interconnection line between the controllers, the local controller cannot directly obtain the state of other winding units. The decoupling and PWM carrier synchronization control become more difficult. In order to solve this problem, this project prepares to study: 1) The external representation mechanism and local model evolution law of the winding unit under complex magnetic field coupling; 2) The local parameter self-identification and self-decoupling control method of the winding unit under dynamic power distribution; 3) PWM carrier deviation self-detection and self-synchronous correction method under low switching frequency. The proposed method can fully take advantage of the high redundancy of the topology in multi-three phase permanent magnet wind power system, so it can improve the reliability of the system. The research can promote the development of offshore wind power, and it has important scientific significance and engineering value.
海上风电由于运行环境复杂多变,运维难度大,对系统可靠性要求高。由多三相永磁发电机和多变流器组成的拓扑具有典型的模块化特征,冗余程度高,是未来大型海上风电系统拓扑发展的重要趋势。然而,现有集中式和带互联线分布式控制架构限制了该拓扑高冗余度优势的发挥。因此,项目提出在多三相永磁风力发电系统中采用无互联分布式控制架构。.项目以多三相电机为基础,从多三相电机无互联分布式控制、控制器载波自同步两个层面进行了较为全面和深入的研究。在多三相电机无互联分布式控制层面,项目得到了基于表征电感的多三相永磁电机绕组单元近似模型,进而建立了无互联通讯线的分布式控制架构;考虑高盐高湿的海上环境使得位置传感器容易发生故障的情况,基于无互联通讯线的分布式控制架构,进一步提出了绕组单元无互联通信分布式无位置传感器方案;提出了一种分布式架构下无模型电流预测控制方法,解决了无互联通讯线的分布式控制架构的电流谐波抑制效果不理想的问题。在控制器间载波自同步层面,项目进行了分布式控制器在载波偏差下的定子电流谐波特征分析,建立了载波相位偏差与谐波电流的映射关系。提出了一种基于定子电流谐波的绕组单元控制器载波自同步方法,根据开关频率附近的边带谐波进行载波自同步,解决了由于本地控制器晶振时钟偏差、上电开机时间不同步可能导致的不同控制器PWM载波相位不一致的问题。项目执行期间共发表相关论文5篇,其中SCI论文4篇,EI会议论文1篇,申请国家发明专利3项,与博士后合作导师联合培养研究生3名,完成了预期目标。
大功率(>10MW)多三相永磁风力发电系统的优化PWM 控制技术研究
  • 批准号:
    2021JJ40078
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    廖武
  • 依托单位:
国内基金
海外基金