高可靠双定子无刷双馈风力发电系统多模式控制策略研究

发布时间：2021-08-05 01:01

　　无刷双馈风力发电机是一种新型的变速恒频电机,与传统的双馈感应发电机相比,该类电机取消了电刷滑环结构,在继承了转差功率变换优势的同时,具有机械结构简单,可靠性高,维护成本低的优势。随着能源危机和环境污染的日益加重,寻找清洁、高效可替代的清洁能源成为国内外的热点课题。风能发电具有成本低、储量丰富、能量密度高的优势,迄今为止仍是最具大规模和商业开发价值的新能源发电方式。在这一背景下,无刷双馈发电机以其独有的优势,在条件恶劣的风力发电场合,尤其是海上风力发电领域具有独特的优势。本文以一种新型双定子无刷双馈电机（DS-BDFIG）为研究对象,该种电机本质上为一体化的级联无刷双馈感应电机,该电机的双定子结构有利于充分利用电机径向空间,具有结构紧凑,功率密度高的优势;同时在设计原理上又与传统的双馈感应电机类似,是一种极有前途的新型风力发电机。为便于对受控对象进行理论分析,论文首先建立了DS-BDFIG在统一坐标系下的数学模型;随后论文在此基础上实现了电机在并网工况下的磁链定向矢量控制策略,在合理前馈项的参与下,该控制策略能够通过对控制绕组d、q轴电流的控制实现机组有功和无功功率的解耦控制;为了分析并... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 无刷双馈发电机的特点和研究现状
        1.2.1 无刷双馈电机的分类
        1.2.2 无刷双馈电机的基本工作原理
        1.2.3 无刷双馈电机的技术特点
        1.2.4 无刷双馈电机的在风力发电及其他变速恒频发电系统中的研究现状
        1.2.5 无刷双馈电机风力发电系统现有研究的不足
    1.3 论文主要研究内容及结构安排
        1.3.1 论文主要工作和创新点
        1.3.2 论文结构安排
第二章 双定子无刷双馈电机的结构与运行原理
    2.1 引言
    2.2 DS-BDFIG的基本结构
        2.2.1 级联式无刷双馈电机
        2.2.2 新型双定子无刷双馈风力发电机
    2.3 DS-BDFIG风力发电系统的基本运行方式
        2.3.1 DS-BDFIG的工作模式
        2.3.2 DS-BDFIG双馈同步模式下的转速关系
        2.3.3 DS-BDFIG双馈同步模式下的功率关系
    2.4 本章小节
第三章 DS-BDFIG数学模型与静态性能分析
    3.1 引言
    3.2 静止坐标系下的DS-BDFIG模型
    3.3 统一旋转坐标系统下的DS-BDFIG动态模型
        3.3.1 坐标轴系的选定与坐标变换关系
        3.3.2 DS-BDFIG统一矢量模型的表达
    3.4 旋转dq坐标系下DS-BDFIG的等效电路
    3.5 双定子无刷双馈电机的静态性能
        3.5.1 双定子无刷双馈电机的稳态模型与参数测量
        3.5.2 双定子无刷双馈电机的效率分析
    3.6 本章小结
第四章 DS-BDFIG并网发电系统的运行控制技术
    4.1 引言
    4.2 基于PW侧磁链定向的DS-BDFIG矢量控制
        4.2.1 PW磁链定向
        4.2.2 基于电压模型的PW磁链观测
        4.2.3 功率外环设计
        4.2.4 电流内环设计
        4.2.5 DS-BDFIG空载并网过程
    4.3 PW磁链定向矢量功率控制实验结果
        4.3.1 稳态实验结果
        4.3.2 动态过程实验结果
    4.4 计及多种运行约束条件的DS-BDFIG无功调节能力分析
        4.4.1 双定子无刷双馈电机并网工况无功约束条件
        4.4.2 DS-BDFIG机组铜耗对无功调节能力的影响
        4.4.3 DS-BDFIG电感饱和对无功调节能力的影响
        4.4.4 计及约束条件的双定子无刷双馈风力发电机无功控制策略
        4.4.5 结论
    4.5 本章小节
第五章 DS-BDFIG独立发电系统的运行控制技术
    5.1 引言
    5.2 发电系统的拓扑结构
    5.3 DS-BDFIG独立发电系统的基本控制策略
        5.3.1 电流内环的推导和设计
        5.3.2 功率绕组基波电压外环的控制
    5.4 不平衡负载下DS-BDFIG的控制系统设计
        5.4.1 控制原理
        5.4.2 DS-BDFIG在正序和负序同步旋转坐标系下的数学模型
        5.4.3 负序电压外环的设计
        5.4.4 PIR控制器的设计
    5.5 不平衡负载下DS-BDFIG的控制系统设计
        5.5.1 负序电压抑制静态性能
        5.5.2 不同负载下的负序电压抑制性能
    5.6 本章小节
第六章 单变流器BDFIG-DC风力发电系统的建模与控制
    6.1 引言
    6.2 DS-BDFIG系统运行原理
        6.2.1 系统构成
        6.2.2 单变流器BDFIG-DC转矩成分
        6.2.3 转子电阻Rr对转矩估算的影响
    6.3 转矩和磁链观测器
        6.3.1 基于电压模型的磁链观测器
        6.3.2 基于小信号模型的PW频率控制
        6.3.3 平均转矩控制
    6.4 单变流器BDFIG-DC转矩脉动抑制
        6.4.1 转矩脉动最小的电流约束条件
        6.4.2 电流环设计
        6.4.3 系统控制框图
    6.5 实验验证
        6.5.1 开环实验验证
        6.5.2 闭环实验验证
        6.5.3 转矩脉动抑制实验验证
        6.5.4 转子转速变化时的实验波形
    6.6 本章小节
第七章 双定子无刷双馈风力发电机实验系统
    7.1 引言
    7.2 实验平台构成
    7.3 DS-BDFIG样机电参数
    7.4 功率变换器(三相电压源型逆变器)
    7.5 采样与信号调理电路
    7.6 本章小节
第八章 总结与展望
    8.1 全文总结
    8.2 课题展望
硕士研究生期间学术成果
参考文献
致谢



本文编号：3322749