采用双馈电机的潮流电站供电系统研究

论文摘要

随着世界经济、社会的发展,世界能源需求量持续增大,导致传统化石能源日益枯竭、电力紧缺和环境污染日益加重。大力发展清洁可再生的潮流能,对于缓解能源匮乏具有非同寻常的意义。与常规的潮流发电系统相比,采用双馈电机的变速恒频潮流发电技术作为一种新型技术,具有变频器体积小、重量轻、成本低等特点,因其高效性和实用性正受到国内外学者越来越多的重视。论文首先阐述了有刷双馈电机与普通异步电机和同步电机之间的区别和联系,在此基础上,建立了双馈发电机的等值电路模型,定性分析了双馈发电机的运行特性、功率流动关系、稳态运行性能等问题,分析认为双馈发电机的各控制量之间存在着复杂的耦合关系,采用标量控制很难实现系统的控制目标和任务。接着,论文阐述了双馈电机实现变速恒频发电的运行原理;从双馈发电机复矢量模型出发,建立了双馈发电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型,研究了双馈发电机的控制方式、运行性能和系统功率流动等问题;在分析电机功率解耦控制规律的基础上,论文给出了基于定子磁场定向控制策略的实现方案,然后利用Matlab工具对该控制方案进行了仿真研究,仿真结果表明并网运行时该矢量控制策略能够有效地实现双馈发电机有功功率、无功功率的解耦控制。最后设计了电机的励磁控制系统,硬件方面采用TI公司的F2407DSP作为主控制芯片设计了系统的控制电路、主电路和驱动电路,给出了关键电路的原理图;软件方面采用模块化程序设计方法,设计了双馈电机的双闭环SVPWM控制系统,给出了主程序、中断程序和功能子程序的流程图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 潮流发电技术的国内外发展现状
• 1.3 变速恒频技术
• 1.3.1 变速恒频潮流发电的功率转换系统
• 1.3.2 变速恒频潮流发电系统的种类
• 1.4 双馈发电机的研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 双馈发电机工作原理
• 2.1 双馈电机的结构和工作原理
• 2.2 双馈发电机并网运行的等值电路
• 2.3 双馈发电机并网运行的功率流动分析
• 2.3.1 双馈发电机的功率计算
• 2.3.2 双馈发电机的电磁功率和电磁转矩
• 2.3.3 双馈发电机的功率流动分析
• 2.4 双馈电机独立运行分析
• 2.5 双馈电机的控制理论
• 2.5.1 主电路拓扑结构
• 2.5.2 励磁控制策略
• 2.5.3 系统性能分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 双馈发电机矢量控制技术
• 3.1 双馈电机的变速恒频实现原理
• 3.2 矢量控制技术
• 3.2.1 矢量控制理论
• 3.2.2 空间矢量的坐标变换
• 3.3 双馈潮流发电系统仿真模型
• 3.3.1 双馈发电机仿真模型
• 3.3.2 电网侧 PWM变换器数学模型
• 3.3.3 转子侧 PWM变换器数学模型
• 3.4 双馈发电机的电流控制模式
• 3.5 并网运行系统仿真研究
• 3.6 独立运行系统仿真研究
• 3.7 本章小结
• 第4章 双馈潮流发电系统硬件设计
• 4.1 系统总体结构
• 4.2 主电路和驱动电路的设计
• 4.2.1 主电路结构设计
• 4.2.2 功率器件驱动电路
• 4.2.3 故障检测和保护单元
• 4.3 控制电路的设计
• 4.3.1 TMS320LF2407A DSP芯片
• 4.3.2 采样电路
• 4.3.3 外部中断输入电路
• 4.3.4 键盘和显示电路
• 4.3.5 PWM输出电路
• 4.4 本章小结
• 第5章 双馈潮流发电系统软件设计
• 5.1 DSP系统中的 C语言编程
• 5.2 SVPWM的程序设计
• 5.2.1 SVPWM的基本原理
• 5.2.2 SVPWM算法的DSP实现
• 5.3 定子磁通观测
• 5.4 软件系统框架程序的设计
• 5.4.1 主程序的设计
• 5.4.2 中断服务程序的设计
• 5.4.3 显示程序的设计
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录 A 旋转坐标系下的双馈电机仿真模型
• 附录 B 电网侧 PWM变换器的仿真模型