三相两电平背靠背式功率双向流动电能变换器及其控制策略研究

发布时间：2017-06-25 07:20

  本文关键词：三相两电平背靠背式功率双向流动电能变换器及其控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着能源问题的日益突出,飞轮储能技术成为研究的热点。在飞轮储能系统中,背靠背式功率双向流动电能变换器以其直流母线电压稳定、电网侧电流正弦化、单位功率因数运行、能量可双向流动等优点,成为应用最为广泛的电能变换器。因此,本文以三相两电平背靠背式功率双向流动电能变换器作为研究对象进行深入研究。本文在分析了电网侧三相PWM变换器的工作原理后,建立了其一般数学模型和功率数学模型,同时给出了电机侧三相感应异步电机在不同坐标系下的数学模型。根据瞬时功率原理,详细地分析了功率流动问题,并以此为基础介绍了背靠背式功率双向流动电能变换器的工作原理。针对传统电网侧三相PWM变换器控制策略的不足,本文给出了一种恒频直接功率控制策略,它解决了传统控制策略中开关频率不固定的问题。在此基础上,结合虚拟磁链的概念,本文提出了一种基于虚拟磁链的功率误差离散控制策略,它利用虚拟磁链和功率误差直接计算得到交流侧输入电压,从而大大简化了控制系统结构,提高了系统稳定性。为验证该控制策略的可行性,本文对其进行了仿真分析。为了解决背靠背式功率双向流动电能变换器独立控制策略所带来的飞轮储能系统效率下降的问题,本文在电机侧三相PWM变换器异步电机转子磁场定向矢量控制的基础上,给出了一种负载功率前馈控制策略。该策略可以有效抑制负载变化时直流母线电压的波动,提高系统的动态响应速度。仿真结果验证了其优越性。在实际情况中,电网不平衡的现象时有发生。本文在前文所提控制策略的基础上进行深入研究,结合电网不平衡时三相PWM变换器数学模型,提出了一种电网不平衡时基于虚拟磁链的功率误差离散控制策略,并进行了相应的仿真验证。该控制策略可以有效地抑制电网不平衡时直流母线电压和有功功率的二次谐波,保证了系统的稳定运行。在理论和仿真分析的基础上,搭建实验平台进行实验验证。实验结果验证了背靠背式功率双向流动电能变换器直流母线电压稳定,能量双向流动,单位功率因数等特点,整个系统具有良好的运行性能。
【关键词】：飞轮储能技术 背靠背式功率双向流动电能变换器 电网侧三相PWM变换器 三相感应异步电机 直接功率控制策略 虚拟磁链 负载功率前馈 电网电压不平衡
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景14-16
• 1.2 背靠背式功率双向流动电能变换器的研究现状16-21
• 1.2.1 背靠背式功率双向流动电能变换器结构拓扑的研究现状16-17
• 1.2.2 飞轮电机的研究现状17-18
• 1.2.3 背靠背式功率双向流动电能变换器控制策略的研究现状18-21
• 1.2.3.1 电网侧三相PWM变换器控制策略的研究现状18-19
• 1.2.3.2 电机侧三相PWM变换器控制策略的研究现状19-20
• 1.2.3.3 背靠背式功率双向流动电能变换器协调控制策略的研究现状20-21
• 1.3 目前背靠背式功率双向流动电能变换器需要解决的问题21-22
• 1.4 本论文研究的主要内容22-24
• 第二章 背靠背式功率双向流动电能变换器的数学模型及工作原理24-34
• 2.1 电网侧三相PWM变换器24-30
• 2.1.1 电网侧三相PWM变换器的拓扑结构24
• 2.1.2 电网侧三相PWM变换器的工作原理24-26
• 2.1.3 电网侧三相PWM变换器的一般数学模型26-28
• 2.1.4 电网侧三相PWM变换器的功率数学模型28-30
• 2.2 电机侧三相感应异步电机的数学模型30-32
• 2.3 背靠背式功率双向流动电能变换器功率流动分析32-33
• 2.3.1 背靠背式功率双向流动电能变换器功率流动数学模型32
• 2.3.2 背靠背式功率双向流动电能变换器工作原理32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 电网侧三相PWM变换器控制策略研究34-45
• 3.1 传统电网侧三相PWM变换器直接功率控制34-35
• 3.1.1 传统电网侧三相PWM变换器直接功率控制策略34-35
• 3.1.2 传统直接功率控制存在的问题35
• 3.2 有电网电压传感器的恒频直接功率控制35-38
• 3.3 基于虚拟磁链的功率误差离散控制策略38-41
• 3.3.1 虚拟电网磁链的引入38
• 3.3.2 基于虚拟磁链的瞬时功率计算方法38-39
• 3.3.3 基于虚拟磁链的功率误差离散控制策略39-41
• 3.4 仿真分析41-43
• 3.4.1 有电网电压传感器恒频直接功率控制策略仿真分析41-42
• 3.4.2 基于虚拟磁链的功率误差离散控制策略仿真分析42-43
• 3.5 实验分析43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 背靠背式功率双向流动电能变换器协调控制策略研究45-58
• 4.1 背靠背式功率双向流动电能变换器独立控制策略及问题45-46
• 4.2 电机侧三相PWM变换器控制策略研究46-48
• 4.2.1 异步电机转子磁场定向矢量控制46-47
• 4.2.2 负载功率计算47-48
• 4.3 背靠背式功率双向流动电能变换器负载功率前馈控制48-50
• 4.4 仿真分析50-53
• 4.4.1 电阻负载突变情况下的仿真对比分析50-51
• 4.4.2 电机调速系统突变情况下的仿真分析51-53
• 4.5 实验分析53-57
• 4.5.1 负载突变时电网侧三相PWM变换器动态实验结果及分析53-55
• 4.5.2 背靠背式功率双向流动电能变换器协调控制实验结果及分析55-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第五章 电网不平衡时电网侧三相PWM变换器控制策略研究58-70
• 5.1 电网不平衡时电网侧三相PWM变换器数学模型58-61
• 5.2 电网不平衡时电网侧三相PWM变换器直接功率控制61-68
• 5.2.1 电网不平衡时基于虚拟磁链的功率误差离散控制策略61-65
• 5.2.2 电网不平衡时电网侧三相PWM变换器锁相环设计65-68
• 5.3 仿真分析68
• 5.4 本章小结68-70
• 第六章 背靠背式功率双向流动电能变换器系统的硬软件设计70-82
• 6.1 背靠背式功率双向流动电能变换器实验平台整体结构70-71
• 6.2 系统硬件设计71-79
• 6.2.1 主电路设计71-73
• 6.2.1.1 电网侧滤波电感设计71-72
• 6.2.1.2 直流母线电容设计72
• 6.2.1.3 功率开关元件选择72-73
• 6.2.2 控制电路设计73-79
• 6.2.2.1 DSP控制芯片简介73-74
• 6.2.2.2 采样调理电路设计74-75
• 6.2.2.3 保护电路设计75
• 6.2.2.4 通信电路设计75-77
• 6.2.2.5 驱动电路设计77-79
• 6.3 系统软件设计79-81
• 6.4 本章小结81-82
• 第七章 总结与展望82-84
• 7.1 全文工作总结82-83
• 7.2 本文主要创新点83
• 7.3 今后工作展望83-84
• 参考文献84-88
• 感恩致谢88-90
• 攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 年珩;沈永波;宋亦鹏;;不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略[J];电网技术;2014年06期

2 张维煜;朱q，

本文编号：481265