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无刷双馈电机取消了电刷和滑环,可以利用部分容量变频器实现变速恒频发电,具有高可靠性、高系统效率、低维护成本的优势,在当前能源匮乏的背景下,于水电站并网发电系统及无刷双馈柴油机组发电系统中具有显著的应用优势。
首先,讨论课题研究背景及意义,分析了无刷双馈电机在并网发电和独立发电的应用优势,并对其控制策略的发展进行了简单的梳理,得到矢量控制对于变速恒频发电控制更有优势的结论。
第二,对无刷双馈电机基本结构和工作原理进行简单的叙述,并分析其在不同发电状态下的功率流动的特点;通过坐标变换理论,由静止abc三相数学模型得到任意速dq旋转数学模型;简要概括了水轮机和柴油发动机的数学模型,并对水力发电中的最大功率追踪以及柴油发电机的万有曲线做了详细的说明。
第三,基于功率绕组电压矢量定向,以功率绕组同步速为旋转速度的数学模型得到功率解耦的并网矢量控制策略;但是由于独立发电系统与并网发电系统有着不同的控制目标,在分析独立发电时的控制策略时,数学模型是基于进行控制绕组电流矢量定向,以控制绕组同步速为旋转速度,由此推导出电压幅值频率解耦控制策略。
第四,矢量控制的前提是能进行精准的电压锁相,所以提出一种软件锁相环方法,并通过Matlab/Simulink搭建模型进行仿真,验证此锁相环能够准确锁定电压的幅值和相位;建立整个并网发电系统的仿真模型,对无刷双馈电机的最大功率追踪、变速恒频特性以及V型特性都进行了仿真,使得无刷双馈电机的基本特性得到验证,也证实有功无功功率解耦控制策略能够满足并网发电的要求;之后为了验证电压幅值频率解耦控制策略的准确,在相应的模型中进行仿真分析得到:在恒定负载转速改变的运行状态以及在恒定转速负载突变的运行状态下,无刷双馈电机能够在较短时间内准确稳定在设定值实现变速恒频发电,而且在这两种状态下都具有快速的响应特性以及稳定的输出特性。
最后,对发电系统进行硬件设计软件设计进行简单介绍,并对并网发电以及独立发电整个实验过程中控制策略的实现进行梳理。在大良水电站和实验室进行水力发电并网发电实验,且实验结果验证功率解耦控制策略的可行性;以及在柴油机组发电的实验平台进行带电阻性负载和电动机负载实验,对电压幅值频率解耦控制策略进行验证。
首先,讨论课题研究背景及意义,分析了无刷双馈电机在并网发电和独立发电的应用优势,并对其控制策略的发展进行了简单的梳理,得到矢量控制对于变速恒频发电控制更有优势的结论。
第二,对无刷双馈电机基本结构和工作原理进行简单的叙述,并分析其在不同发电状态下的功率流动的特点;通过坐标变换理论,由静止abc三相数学模型得到任意速dq旋转数学模型;简要概括了水轮机和柴油发动机的数学模型,并对水力发电中的最大功率追踪以及柴油发电机的万有曲线做了详细的说明。
第三,基于功率绕组电压矢量定向,以功率绕组同步速为旋转速度的数学模型得到功率解耦的并网矢量控制策略;但是由于独立发电系统与并网发电系统有着不同的控制目标,在分析独立发电时的控制策略时,数学模型是基于进行控制绕组电流矢量定向,以控制绕组同步速为旋转速度,由此推导出电压幅值频率解耦控制策略。
第四,矢量控制的前提是能进行精准的电压锁相,所以提出一种软件锁相环方法,并通过Matlab/Simulink搭建模型进行仿真,验证此锁相环能够准确锁定电压的幅值和相位;建立整个并网发电系统的仿真模型,对无刷双馈电机的最大功率追踪、变速恒频特性以及V型特性都进行了仿真,使得无刷双馈电机的基本特性得到验证,也证实有功无功功率解耦控制策略能够满足并网发电的要求;之后为了验证电压幅值频率解耦控制策略的准确,在相应的模型中进行仿真分析得到:在恒定负载转速改变的运行状态以及在恒定转速负载突变的运行状态下,无刷双馈电机能够在较短时间内准确稳定在设定值实现变速恒频发电,而且在这两种状态下都具有快速的响应特性以及稳定的输出特性。
最后,对发电系统进行硬件设计软件设计进行简单介绍,并对并网发电以及独立发电整个实验过程中控制策略的实现进行梳理。在大良水电站和实验室进行水力发电并网发电实验,且实验结果验证功率解耦控制策略的可行性;以及在柴油机组发电的实验平台进行带电阻性负载和电动机负载实验,对电压幅值频率解耦控制策略进行验证。