微型燃气轮机发电系统用变流器研究

发布时间：2020-07-07 11:03

【摘要】：微型燃气轮机作为一种稳定、环保、高效的动力装置,是目前实际应用比较广泛的分布式电源。微型燃气轮机转速较高,通常采用永磁同步发电机与其同轴运行,发出中频交流电。由于微型燃气轮机带动永磁同步发电机发出的中频交流电不能直接供负载使用,需要对发电机端输出的电能进行转换。基于以上需求,设计了微型燃气轮机发电系统用变流器,将微型燃气轮机带动永磁同步发电机发出的中频交流电进行转换,产生能够满足负载运行需求的三相工频交流电,保证微型燃气轮机发电系统及其所带负载稳定运行。本文设计的微型燃气轮机发电系统用变流器主要由VIENNA整流器和三相桥式逆变器组成。VIENNA整流器主要是将永磁同步发电机输出的中频交流电转换成满足合适电压等级的直流电,为逆变器提供稳定的输入;逆变器主要是将VIENNA整流器提供的输入逆变产生满足负载要求的三相工频交流电。为了保证微型燃气轮机发电系统的稳定运行,本文所作的工作主要集中在两个方面:在第二章建立了微型燃气轮机发电系统用变流器的拓扑结构和数学模型,在第三章设计了VIENNA整流器和三相桥式逆变器的控制策略:通过对VIENNA整流器的输入电流在dq旋转坐标系下进行分解,以整流器输入三相电流在交轴上的分解量iq=0为控制目标,结合电压电流双闭环控制策略,保证VIENNA整流器工作在单位功率因数状态,在提供稳定直流输出的同时减小整流器的体积,提高功率密度;逆变器控制部分,在考虑线路阻抗对控制效果影响的前提下,对传统下垂控制进行改进,引入虚拟阻抗补偿环节,保证逆变器在不同的线路长度和接入方式下外部参数一致,降低了逆变器阻抗参数和线路阻抗参数对控制效果的影响;结合电压电流双闭环控制策略,保证逆变器输出的三相工频交流电电压幅值和频率稳定,不随负载变化产生较大波动,同时提高系统的响应速度。二是针对微型燃气轮机发电系统的功率输出不满足负载功率需求的问题,研究了逆变器并联运行中输出电压稳定性和功率平均分配的问题,以减小单台微型燃气轮机发电系统功率器件的开关应力和系统体积,满足分布式发电系统中分布式电源即插即用的要求,提高单台分布式电源故障时系统的供电可靠性和冗余供电能力。最后对上述拓扑结构和控制策略在Matlab/Simulink环境下进行了仿真,验证了所设计系统控制策略的可靠性;搭建了微型燃气轮机发电系统用变流器实验平台,进一步通过实验对上述所提出的设计进行验证。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46
【图文】：

整流器输出电压波形图

整流器输入端A相电压电流波形

西安科技大学全日制工程硕士学位论文以看出，逆变器在带纯阻性负载时，电压电流同相；在 T=0.3s 突增负载时，电流波形过度平滑，没有发生冲击；电压未发生明显跌落；在 T=0.7s 突卸负载时，电流经过 0.07s后将为 0，系统恢复空载运行。从图 4.9 可以看出，当系统负载突增时，系统频率由 50.2Hz跌落至 50.1Hz，突卸负载时，系统频率由 50.1Hz 恢复至 50.2Hz，符合下垂控制基本原理，频率跌落范围满足《电力系统频率允许偏差（GB/T 15945-1995）》对电力系统频率系统的要求；图 4.10 为逆变器输出的有功功率曲线，其值大小与负载功率变化一致。

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本文编号：2745041