定子双绕组感应发电系统励磁控制的研究

论文摘要

本文以变速风力发电为背景,介绍了一种新型的异步发电系统—定子双绕组感应发电系统,该系统所采用的双绕组感应发电机相对于传统的三相感应发电机而言,有其独特的优势,定子上安置了两套绕组,一套功率绕组对外输出功率,另一套控制绕组通过控制与其相串联的励磁变换器,调节励磁无功电流,在变速变负载条件下,保持功率绕组输出电压幅值恒定。定子双绕组感应发电系统能够应用于变速场合,但是在变速条件下,功率绕组输出三相交流电频率不固定,所以该系统尤其适用于带整流型负载,作为高压直流电源使用,这种变速高压直流发电系统可以应用到变速风力发电系统中去,该方案与ABB公司所提出的近海变速风力发电系统高压直流集电输送方案相一致,具有很强的工程应用前景。本文阐述了定子双绕组感应发电系统的基本控制原理,建立了三相电流滞环控制和空间电压矢量调制方式下系统MATLAB仿真模型,进行了深入而细致的系统仿真研究,着重分析了变速变负载条件下系统的动态变化过程,摸索出了一定的控制规律,紧接着在700W/160V小功率双绕组样机上进行了实验验证,实验结果表明了系统控制原理的正确性。同时,本文还针对降低励磁变换器容量的控制目标,给出了优化励磁电容的选取原则,并在18KW/270V样机上验证了励磁变换器容量优化的思路。此外,本文还简要介绍了控制系统所使用的两套数字控制软硬件平台,一套是基于TI公司TMS320LF2812 DSP的数字控制平台,该平台应用于700W/160V小功率双绕组样机,另一套是基于dSPACE DS1104的数字控制平台,该平台用于18KW/270V中功率双绕组样机。最后,对课题组的下一步研究工作进行了展望,提出了一些目前迫切需要解决的重难点问题。本课题得到了国家自然科学基金(50577032)、航空科学基金(04F52039)和台达科教发展基金的资助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 变速恒频风力发电系统
• 1.3 海上风力发电提出了高压直流集电输送的新思路
• 1.4 定子双绕组感应发电系统
• 1.4.1 定子双绕组感应发电系统研究意义
• 1.4.2 系统结构概述
• 1.4.3 国内外研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 定子双绕组感应发电机励磁控制原理
• 2.1 定子双绕组感应发电系统概述
• 2.2 三相电路瞬时无功功率理论
• 2.3 励磁变换器直流侧电容电压的控制原理
• 2.4 双绕组感应发电机数学模型
• 2.4.1 动态等效电路
• 2.4.2 系统基本方程
• 2.5 两套绕组的容量计算
• 2.6 本章小结
• 第三章 定子双绕组感应发电系统三相电流滞环控制策略的研究
• 3.1 三相电流滞环控制系统
• 3.2 基于控制绕组端电压定向的三相滞环控制系统分析
• 3.2.1 控制绕组端电压定向
• 3.2.2 系统建压过程分析
• 3.2.3 滞环控制策略仿真实验结果
• 3.3 基于控制绕组磁场定向的三相滞环控制系统分析
• 3.3.1 控制绕组磁场定向
• 3.3.2 滞环控制策略仿真实验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 励磁变换器容量优化分析
• 4.1 励磁变换器容量研究的意义
• 4.2 系统宽范围变速时励磁变换器的容量优化思路
• 4.3 18KW 双绕组样机控制原理仿真实验验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 定子双绕组感应发电机SVPWM 方式的研究
• 5.1 定子双绕组感应发电系统在dq 坐标下的控制算法
• 5.1.1 三相滞环控制各相间的关联现象
• 5.1.2 电流的dq 坐标下的解耦控制
• 5.2 SVPWM 控制原理和实现方法
• 5.2.1 空间电压矢量调制方式基本原理概述
• 5.2.2 基于TMS320F2812 DSP 的SVPWM 软硬件实现
• 5.2.3 定子双绕组感应发电机SVPWM 控制策略分析
• 5.3 定子双绕组感应发电机SVPWM 仿真实验结果
• 5.3.1 定子双绕组感应发电机SVPWM 仿真分析
• 5.3.2 定子双绕组感应发电机SVPWM 实验研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 定子双绕组感应发电机数字控制系统设计
• 6.1 基于TMS320F2812DSP 的数字控制系统
• 6.1.1 TMS320F2812DSP 结构功能概述
• 6.1.2 系统总体结构设计
• 6.1.3 控制系统硬件实现
• 6.1.4 控制系统软件实现
• 6.2 基于DSPACE 的数字控制系统
• 6.2.1 dSPACE 单板硬件系统DS1104
• 6.2.2 dSPACE 控制系统开发软件
• 6.2.3 基于dSPACE/MATLAB 的控制系统开发步骤
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的主要工作
• 7.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的开发项目
• 攻读硕士学位期间获得的荣誉