离网微水电交流励磁发电机励磁控制系统研究

发布时间：2017-09-12 07:11

  本文关键词：离网微水电交流励磁发电机励磁控制系统研究

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【摘要】：微水电是一种清洁的可再生能源,通过利用电力负荷附近的微水资源发电,离网运行、直供用户,既为用户,尤其是远离电网的人们提供了电力、促进了农村农业的发展和减少了灾害损失,同时又保护了生态环境。发展微水电,是“十三五规划”和“能源发展规划”中重点发展的方向之一,是解决农村环境与资源矛盾的重要途径。然而,微水电离网运行与直供用户的特点导致其受负载与水源变化的影响较大,其稳定性和电能质量较差。由于交流励磁发电机(AC Excited Generator,ACEG)采用转子励磁控制技术,能较好的调节电压及频率,在负载变化及变速恒频发电系统中优势明显,因此本文采用ACEG,针对离网微水电电能质量与稳定性较差等问题,对离网微水电ACEG励磁控制进行研究,并提出离网微水电交流励磁控制策略和控制方案。本文首先论述了微水发电系统中水轮机、发电机、励磁等环节国内外发展概况及趋势,并针对微水轮机在低水头、小水量中微水利用率低的问题,基于能量守恒,提出了变容积偏距式微水轮机模型,并介绍了该微水轮机的结构和工作原理。分析了离网微水电交流励磁发电系统结构及运行原理,并针对离网微水电常规发电机中调压困难或调压率低等问题,采用交流励磁发电机和双PWM励磁变换器,通过坐标变换,对其数学模型进行了详细推导。建立了交流励磁发电机的等效电路,并分析了不同发电模式下的功率传输特性。基于双PWM变换器的拓扑结构,针对负载突变而引起离网微水电输出电压和频率不稳定等问题,提出了平衡负载下的转子侧变换器(RSC)和定子侧变换器(SSC)的矢量控制策略及其控制方案。仿真结果验证了该控制策略的可行性与有效性。针对常规矢量控制技术采用编码器等速度传感器给离网微水电励磁控制系统带来的系统成本和电能质量等问题,基于滞环电流控制和直接电压控制技术,提出了一种通过正交函数检测电压有效值来控制转子电流,实现控制定子输出电压的转子侧变换器(RSC)励磁控制策略和利用中间直流电压作外环、负载电流作内环的定子侧变换器(SSC)的控制策略,并给出了控制方案,以抑制负载突变和转速变化造成的扰动。仿真结果验证了所提出的控制策略的可行性与有效性。针对离网微水电交流励磁控制系统的实现,采用了DSP-TMSF2812作为控制器,通过双PWM励磁变换器,设计了离网微水电ACEG励磁控制系统的硬件,并给出了RSC和SSC控制实现的具体流程。
【关键词】：离网微水电 交流励磁发电机 双PWM变换器 矢量控制 滞环电流控制 有效值检测
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV734
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外微水电开发概况与趋势10-14
• 1.2.1 国外微水电的发展概况与趋势10-12
• 1.2.2 国内微水电的发展概况与趋势12-14
• 1.3 离网微水电励磁系统的研究现状及趋势14-15
• 1.4 离网交流励磁控制系统及其策略的研究现状15-17
• 1.5 本文研究的主要内容17-19
• 2 离网型微水电交流励磁发电系统的结构及数学模型19-33
• 2.1 离网型微水电交流励磁发电系统结构及运行原理19-21
• 2.2 微水轮机21-23
• 2.2.1 微水轮机的特性21-22
• 2.2.2 微水轮机的结构及工作原理22-23
• 2.3 交流励磁发电机的数学模型23-27
• 2.3.1 ABC坐标系下的数学模型23-25
• 2.3.2 αβ坐标系下的数学模型25-27
• 2.3.3 dq坐标系下的数学模型27
• 2.4 双PWM变流器的工作原理及数学模型27-31
• 2.4.1 PWM变流器在ABC坐标系下的数学模型29-30
• 2.4.2 PWM变流器在dq坐标系下的数学模型30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 3 离网型微水电交流励磁发电机励磁控制策略33-47
• 3.1 交流励磁发电机等效电路33-34
• 3.2 双PWM变换器励磁控制策略分析34-39
• 3.2.1 RSC控制策略35-37
• 3.2.2 SSC控制策略37-39
• 3.3 仿真模型39-41
• 3.4 仿真结果与分析41-45
• 3.5 本章小结45-47
• 4 无速度传感器的离网微水电交流励磁控制策略研究47-61
• 4.1 离网微水电交流励磁发电机的无速度传感器控制47-48
• 4.2 离网微水电ACEG无速度传感器控制策略研究48-52
• 4.2.1 RSC控制策略48-51
• 4.2.2 SSC控制策略51-52
• 4.3 仿真结果分析52-59
• 4.4 本章小结59-61
• 5 离网微水电交流励磁控制系统的实现61-77
• 5.1 离网微水电交流励磁控制系统的结构61
• 5.2 离网微水电交流励磁控制电路的硬件实现61-71
• 5.2.1 TMS320F2812数字信号处理器62-63
• 5.2.2 驱动电路的设计63-64
• 5.2.3 定子交流侧滤波电感的设计64-66
• 5.2.4 中间直流电压的选择66-67
• 5.2.5 直流母线电容的设计67-68
• 5.2.6 采样电路的设计68-71
• 5.3 离网微水电交流励磁控制的软件实现71-76
• 5.3.1 转子侧PWM变流器控制程序75-76
• 5.3.2 定子侧PWM变流器控制程序76
• 5.4 本章小结76-77
• 6 总结与展望77-79
• 6.1 总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 致谢79-81
• 参考文献81-85
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果85

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本文编号：835796