无刷双馈电机间接功率控制策略的研究

发布时间：2017-07-16 09:24

  本文关键词：无刷双馈电机间接功率控制策略的研究

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【摘要】：无刷双馈电机无需电刷和滑环,结构简单,可靠性高,所需变频器容量小,因此特别适合作为风力发电机使用,在变速恒频风力发电领域有着广阔的应用前景。近年来,无刷双馈电机成为国内外学者的研究热点。学者们从数学模型、本体设计和控制系统等方面进行了深入的研究。本文重点研究了无刷双馈发电机的间接功率控制策略,完成的研究内容如下：1.深入研究了无刷双馈电机的多回路(a-b-c)数学模型、转子速两轴(d-q)模型、功率绕组静止坐标系数学模型和控制绕组静止坐标系数学模型,为后续研究打下了坚实的理论基础。2.研究了无刷双馈发电机的特性,主要包括空载特性,功角特性和V型曲线。国内外文献中,关于无刷双馈电机功角特性大多从物理概念出发得到一些定性的结论。本文针对课题组推导出控制绕组静止坐标系下无刷双馈发电机功角特性的解析表达式,在实验室现有实验平台上软件编程,样机实验结果初步证明功角特性的正确性。为无刷双馈发电机异常、故障和失稳等情况下的研究分析提供参考依据。3.提出了一种基于软件锁相环的电网频率动态检测方法,并对频率测量的分辨率进行了详细分析。该方法无需额外的硬件电路,测频方法简单,实时性强、误差较小,实验结果证明了该方法的可行性。将该方法用于无刷双馈发电机间接功率控制系统,较好地解决了控制绕组磁链静态角计算不准确的问题。4.在课题组已有研究成果的基础上,对无刷双馈电机的实验平台进行了改进。对无刷双馈发电机的间接功率控制策略,在以DSP TMS320LF2407A为核心的实验平台上利用汇编语言进行软件编程,补充、改进和完善了原有程序,实现了无刷双馈发电机变速恒频发电、有功功率和无功功率的调节。亚同步、超同步、加减载等不同运行状态的稳态及动态性能实验结果表明间接功率控制策略的可行性。
【关键词】：无刷双馈电机 间接功率控制 功角特性 频率动态检测
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM301.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 符号说明11-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 无刷双馈电机的发展概况及应用前景13-15
• 1.3 无刷双馈电机国内外研究现状15-18
• 1.3.1 数学模型的研究现状15-16
• 1.3.2 本体优化设计的研究现状16-17
• 1.3.3 控制系统的研究现状17-18
• 1.4 本文的研究内容18-19
• 第2章 无刷双馈电机的基本理论19-39
• 2.1 无刷双馈电机的结构及运行方式19-25
• 2.1.1 无刷双馈电机的结构19-22
• 2.1.2 无刷双馈电机的运行方式22-25
• 2.2 无刷双馈电机的磁场调制机理25-26
• 2.2.1 功率绕组和控制绕组电流产生的磁动势25-26
• 2.2.2 笼型转子的磁场调制作用26
• 2.3 无刷双馈电机的数学模型26-39
• 2.3.1 无刷双馈电机的多回路数学模型27-31
• 2.3.2 无刷双馈电机的转子速d-q坐标数学模型31-32
• 2.3.3 无刷双馈电机的双静止数学模型32-35
• 2.3.4 功率绕组静止坐标系数学模型35-36
• 2.3.5 控制绕组静止坐标系模型36-39
• 第3章 笼型转子无刷双馈发电机的特性39-49
• 3.1 无刷双馈发电机的空载特性39-40
• 3.2 无刷双馈发电机的功角特性40-46
• 3.2.1 无刷双馈发电机功角特性的解析表达式40-42
• 3.2.2 功角特性的实验验证及分析42-46
• 3.3 无刷双馈发电机的静态稳定性46
• 3.4 无刷双馈发电机无功功率的调节46-49
• 第4章 无刷双馈电机的间接功率控制方法49-65
• 4.1 无刷双馈电机间接功率控制系统框图49-51
• 4.2 无刷双馈电机间接功率控制系统中有关物理量的观测和计算方法51-59
• 4.2.1 有功功率和无功功率的观测52
• 4.2.2 控制绕组磁链矢量增量的计算52-53
• 4.2.3 电压矢量计算53-54
• 4.2.4 SVPWM脉冲发生54-57
• 4.2.5 控制绕组的磁链观测方法57-59
• 4.3 基于软件锁相环的电网频率动态检测59-65
• 4.3.1 硬件锁相环原理59-60
• 4.3.2 三相软件锁相环原理60-61
• 4.3.3 基于三相软件锁相环的电网频率动态检测的实现61-63
• 4.3.4 频率测量分辨率分析63-64
• 4.3.5 误差分析64-65
• 第5章 无刷双馈电机间接功率控制实验系统65-73
• 5.1 无刷双馈电机控制系统硬件介绍65-69
• 5.1.1 主回路介绍65-66
• 5.1.2 控制系统介绍66-67
• 5.1.3 通讯电路介绍67-68
• 5.1.4 采样调理电路介绍68
• 5.1.5 保护电路介绍68-69
• 5.2 无刷双馈电机控制系统软件设计69-73
• 5.2.1 软件开发平台CCS概述69
• 5.2.2 主程序及子程序流程图69-73
• 第6章 实验结果73-87
• 6.1 基于三相软件锁相环的电网频率检测实验结果73-76
• 6.1.1 三相软件锁相环的锁相结果73-74
• 6.1.2 电网频率动态检测实验结果74-76
• 6.2 无刷双馈电机间接功率控制实验结果76-87
• 6.2.1 变速恒频发电实验结果76-80
• 6.2.2 有功功率闭环调节实验80-82
• 6.2.3 无功功率闭环调节实验82-85
• 6.2.4 总结85-87
• 第7章 总结与展望87-89
• 7.1 本文完成的主要工作87
• 7.2 进一步的研究方向87-89
• 参考文献89-95
• 附录95-97
• 附录1 无刷双馈电机转子结构图95
• 附录2 无刷双馈电机定子结构图95-96
• 附录3 无刷双馈电机实验平台96-97
• 致谢97-98
• 攻读学位期间的科研成果98

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本文编号：548026