100MVA脉冲发电机组双馈调速控制策略及系统研究

发布时间：2018-01-21 03:53

本文关键词： J-TEXT 脉冲发电机组双馈调速系统 PWM变频器转子角观测器　出处：《华中科技大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：J-TEXT装置是华中科技大学建造运行的中型托卡马克装置,其前身是美国得克萨斯州立大学TEXT-U装置。100MVA飞轮储能脉冲发电机组是J-TEXT装置的主供电电源,随TEXT-U装置一起赠送我国并完成了重建和运行。机组由一台额定功率1417kW的三相绕线式异步电动机作为原动机拖动运行,机组设计额定转速为713转/分,该转速下机组储能为185MJ。脉冲发电机组的额定参数是根据美国电网标准设计(12kV/60Hz)的,在中国电网参数(10kV/50Hz)下运行转速只能达到原来的5/6,机组储能只能达到设计参数的70%,总储能的不足影响了J-TEXT装置放电运行参数的提高,因此需要对100MW脉冲发电机组进行升速改造。本文以脉冲发电机组的双馈调速系统为研究对象,对基于矢量控制的双馈控制策略、无传感器的转子角观测器模型、两电平电压源型交直交变频器的结构与控制方法等进行了深入研究,针对100MVA脉冲发电机组的实际情况设计了一套双馈调速系统,并通过仿真与实验验证了控制策略与系统设计的正确性。本文设计了以电机转速和转子电流为控制目标的双馈调速系统控制策略,该策略以定子磁链矢量定向的MT坐标系为基础,采用电机转速和转子电流MT轴分量双闭环的控制方法,可实现转子电流MT轴分量的独立控制。为了精确计算MT坐标系的定向矢量,研究了定子磁链观测器的结构与算法。在转子电流反馈控制中,针对转子电流最小和转子无功功率为0这两种工况,计算了转子M轴电流的给定值。为了精确测量电机转子绕组与定子磁链矢量的夹角,为转子电压电流的坐标系变换提供依据,本文设计了基于转子电流模型的无位置传感器的转子角与转速观测器,根据观测器的动态特性要求,分析了其控制参数的取值范围,针对实际应用中的信号干扰问题,设计了变参数的PI控制策略。实验验证了观测器设计的正确性。在双馈调速系统中,转子侧电源采用电压源型交直交变频器结构。本文设计了在交流侧电压矢量定向两相旋转坐标系下的整流器控制策略,该策略以直流电压与输入侧交流电流为控制目标,采用双闭环反馈控制结构。仿真实验证了控制策略的正确性。针对变频器用于电机驱动的情况,研究了逆变侧输出端RLC低通滤波器的设计方法。在前述研究的基础上,本文设计了J-TEXT装置100MVA脉冲发电机组双馈调速系统,对其功率规模、主要部件的参数、变频器结构与驱动电路均作了详细介绍,通过功率输出实验验证了变频器的控制方法；针对脉冲发电机组的运行特点,研究了双馈调速系统在脉冲发电机组各工况下的断路器动作顺序与控制方法；设计了三层结构的控制系统,将双馈调速控制系统整合到J-TEXT中央控制系统下；针对脉冲电机的实际运行情况,研究了基于QNX系统与编码器计数卡的转子角与转速观测方法,对转子电流的反馈控制策略进行了改进。通过仿真和样机系统对调速系统的硬件设计和软件设计进行了验证。电机双馈调速系统的应用将提高脉冲发电机组的储能,为J-TEXT开展高参数等离子体实验提供坚实的基础。
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【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM31

【参考文献】