考虑锁相环动态过程的双馈风机电流控制时间尺度小扰动模型

发布时间：2020-04-14 01:26

【摘要】：近年来,与双馈风机快尺度相关的振荡现象在不同地区均有出现。双馈风机的动态是决定系统动态的关键因素,而对双馈发电机的建模是分析和研究其动态特征的基础。然而在分析快时间尺度问题特别是与电流控制相关的问题时,因原有模型大多忽略了双馈风机的电流动态,不能很好的描述双馈风机在电流控制时间尺度的动态行为。本文在对双馈风机电流控制时间尺度动态过程认识的基础上,给出了双馈风机用于动态分析的等效电路,在此过程中,揭示了双馈风机动态过程中转差率变化这一特征。之后推导了双馈风机在电流控制时间尺度小扰动的运动方程模型,该模型以不平衡电流激励作为输入,内电势幅值频率响应作为输出,只反映装备自身特性。最后仿真验证了模型的正确性,并研究了控制器参数以及转差率变化对装备特性的影响。具体内容可分为以下几个方面:(1)在双馈风机典型控制框架的基础上,分析了双馈风机控制器序贯动作特点以及由此带来的多时间尺度动态特征;阐述了本文研究的是电流控制时间尺度下,双馈风机在小扰动情况下的建模问题,并在此基础上界定了本文的研究重点。(2)针对本文研究的电流控制时间尺度问题,分析了双馈风机在该时间尺度下的动态行为及影响因素;重点分析了考虑锁相环动态情况下,转子侧变换器内电势幅值频率的形成机理,揭示了动态过程中内电势时变幅频的特征;通过时变幅频信号下简单电路的分析,阐述了时变幅频内电势激励下,对双馈发电机定转子电路等效的必要性,并给出了双馈风机用于动态分析的等效电路图。在此等效过程中,给出了动态过程中双馈异步发电机转差率的表达式,为后续建模和分析提供了基础。(3)从认识和理解装备的角度出发,本文引入了具有直观意义的幅频运动方程建模思路;在公共同步旋转坐标系下,建立了以不平衡有功无功电流作为激励输入,以内电势幅值频率响应作为输出的运动方程模型。在建模过程中,利用装备内部状态量反馈电流和输出内电势替换了需要从外部网络中获取的端电压信息,得到只反映装备自身特性的模型。在此基础上,简化了从内电势和反馈电流获取端电压信息的支路,并在稳态工作点附近进行线性化,推导得到了分析电流控制时间尺度的小扰动模型。(4)通过详细时域模型与幅频运动方程模型在单机无穷大系统中的时域仿真对比,验证了双馈风机电流控制时间尺度幅频运动方程的准确性。从时域仿真角度也验证了所推导的小扰动模型的正确性。同时基于小扰动模型,从不平衡电流输入激励-内电势幅值频率输出响应之间传递函数的频谱特征方面,分析了小扰动情况下双馈风机电流控制时间尺度的动态特性,并在时域仿真中验证和解释了上述分析结果。最后研究了动态过程中转差率变化对装备特性的影响,并对前面分析中出现的一些现象进行了分析和解释。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM315

【参考文献】