论文题目: 矩阵变换器供电的交流励磁风力发电系统研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 电机与电器
作者: 汤宁平
导师: 吴汉光
关键词: 交流励磁,变速恒频,风力发电,矩阵变换器,矢量控制
文献来源: 福州大学
发表年度: 2005
论文摘要: 利用风能这一洁净的能源是人类社会文明进步的表现、是环保理念的体现。在风能利用中,最完善的方案是把风能转换为电能并且送到电网中去,而风力发电目前采用的最佳技术方案是利用交流励磁发电机直接实现变速恒频发电。该系统由于变速范围宽,具有最佳的风能利用系数,是风能发电的发展方向。交流励磁变速恒频风力发电系统从电能控制的角度来看,它包括交流励磁发电机、交流励磁器和发电控制系统。本文从系统的角度就变速交流励磁发电机的数学模型及其功率传递关系、交流励磁发电机在他控式和自控式运行方式下稳态运行及其过载能力与稳定性问题、新型交流励磁装置--矩阵变换器控制策略以及由矩阵变换器供电励磁的交流励磁变速恒频风力发电系统的控制策略与运行特性进行了研究,取得了如下成果: 1) 给出了基于综合矢量的交流励磁发电机的数学模型,并据此推导了交流励磁发电机定、转子之间的有功、无功功率传递关系,从新的角度明确了发电机有功、无功功率的控制规律。2) 导出了同步工作方式下交流励磁发电机的有功功率和无功功率的功角特性,从而给出其静态稳定运行区域和反映发电机定、转子电流与发电机定子输出有功功率和无功功率之间的关系的U 形曲线和反映发电机不同运行状态下的矢量图。这些为分析交流励磁发电机在同步工作方式下的运行特性提供了新的理论方法。3)推导了交流励磁发电机在异步工作方式下的电磁转矩的表达式,进而分析得出在该工作方式下,发电机不受同步方式时的稳定极限功角限制,具有强的过载能力。4)提出了电压型矩阵变换器的SPWM 控制策略及其实现方案,它具有实现简单,控制开关函数无须复杂的数学计算等优点。样机实验结果验证了其可行性和优良特性。5)提出了适用于电流型矩阵变换器控制的电流跟踪控制的思想和实现方法。样机试验表明该矩阵变换器的输出相电流的幅值、频率和波形与给定电流相一致,跟踪能力好,动态响应快,电流波形的正弦度较好。6)分析了以定子磁链定向的交流励磁变速发电机的定子输出功率的控制策略;导出了用发电机转子励磁电流两个分量独立调节发电机定子输出有功、无功功率的控制算法;提出了转子励磁回路由电压型矩阵变换器供电的解耦控制方案。据此给出了最佳风能利用的交流励磁变速风力发电系统的控制方案及其仿真模型。仿真结果表明该系统在最佳功率控制的变速风力发电应用上具有显著的优越性。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 风能的利用与风力发电
1.1.1 风能利用的意义
1.1.2 风力发电的成本与效益
1.2 风力发电机组及其控制技术
1.3 交流励磁发电机与交流励磁器
1.3.1 交流励磁发电机的研究情况
1.3.2 交流励磁器的研究情况
1.3.3 矩阵变换器的研究情况
1.4 本文研究的主要内容与成果
1.4.1 本文研究的主要内容
1.4.2 本文研究的主要成果
第二章 交流励磁发电机的数学模型与功率传递
2.1 交流励磁发电机的数学模型
2.1.1 电压与磁链方程
2.1.2 等效电路与矢量图
2.2 交流励磁发电机的功率传递关系
第三章 交流励磁发电机的稳态运行分析
3.1 他控式交流励磁发电机的稳态运行分析
3.1.1 同步工作方式下交流励磁发电机的功角特性及其静态稳定性
3.1.2 同步工作方式下交流励磁发电机无功功率的调节与 U 形曲线
3.1.3 试验结果
3.2 自控式交流励磁发电机的稳态运行分析
3.2.1 交流励磁发电机的电磁转矩分析
3.2.2 异步工作方式下交流励磁发电机的静态稳定性
第四章 交流励磁发电机的控制系统
4.1 风力发电机组的基本特性
4.1.1 基本特性
4.1.2 发电机组的控制策略
4.2 变速风力发电机组的组成
4.3 交流励磁变速发电机的控制策略
4.3.1 以定子磁链定向的交流励磁发电机电压方程
4.3.2 以定子磁链定向的电磁转矩和功率表达式
4.3.3 解耦控制器
4.3.4 用于风力发电的交流励磁变速发电机的控制系统
第五章 新型交流励磁机--矩阵变换器的基本理论
5.1 几种变频器的特性比较
5.2 矩阵变换器的拓扑结构
5.3 矩阵变换器的开关传递函数
5.3.1 直接法
5.3.2 虚拟整流法
第六章 矩阵变换器的SPWM 电压控制策略
6.1 SPWM 控制的矩阵变换器开关传递函数
6.1.1 开关传递函数
6.1.2 输入电流与功率因数
6.2 矩阵变换器SPWM 控制策略的仿真模型
6.3 矩阵变换器SPWM 控制策略的仿真分析
6.4 矩阵变换器 SPWM 控制策略的工程实现
6.4.1 传统的 DC-AC 逆变器 SPWM 的实现原理
6.4.2 矩阵变换器SPWM 控制的等效电路及开关控制模式
6.4.3 矩阵变换器硬件设计方案
6.4.4 系统软件的设计
6.4.5 试验结果
第七章 矩阵变换器的电流跟踪控制策略
7.1 矩阵变换器的电流跟踪控制工作原理
7.1.1 电流跟踪控制 PWM 控制原理
7.1.2 矩阵变换器电流跟踪控制的思想
7.1.3 矩阵变换器电流跟踪控制的开关模式
7.1.4 电流跟踪控制的矩阵变换器输出电压与输入电流
7.2 矩阵变换器电流跟踪控制系统的仿真
7.2.1 电流跟踪控制系统的仿真模型
7.2.2 电流跟踪控制系统的仿真分析
7.3 矩阵变换器电流跟踪控制系统的样机试验
7.3.1 系统部分硬件的设计
7.3.2 系统软件的设计
7.3.3 试验结果
第八章 矩阵变换器励磁的风力发电系统的仿真分析
8.1 交流励磁变速风力发电系统的仿真模型
8.2 交流励磁变速风力发电系统运行过程的仿真分析
结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的论文
发布时间: 2005-10-10
参考文献
- [1].宽变频输入条件下双级矩阵变换器的若干关键技术研究[D]. 秦显慧.南京航空航天大学2016
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- [3].矩阵变换器—异步电动机高性能调速系统控制策略研究[D]. 粟梅.中南大学2005
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- [5].基于矩阵变换器的永磁同步电机矢量控制系统[D]. 葛红娟.南京航空航天大学2006
- [6].双级矩阵变换器及其控制策略研究[D]. 邓文浪.中南大学2007
- [7].矩阵变换器及其电机驱动控制系统关键技术研究[D]. 郭前岗.西北工业大学2007
- [8].对矩阵变换器若干问题的研究[D]. 曾雨竹.浙江大学2007
- [9].矩阵变换器调制策略优化及应用分析[D]. 唐酿.华北电力大学2013
- [10].Z源/quasi-Z源间接矩阵变换器研究[D]. 刘硕.北京交通大学2014