开题报告-基于无刷双馈电机间接功率控制的低电压穿越.doc

精品资料
太原理工大学
硕士研究生学位论文
选题计划表
研究生姓名: 闫珺
指导教师:
专业: 电气工程
所属院(所):电气与动力工程学院
2014年 1月 23 日
研究生姓名
闫珺
专业
电气工程
导师姓名
王淑红
研究方向
电机调速与控制
毕业论文题目
基于无刷双馈电机间接功率控制的低电压穿越
论文类型
理论研究
应用研究
用于生产
其它
是
选题目的和意义:
随着电力电子器件制造技术、以及微型计算机和大规模集成电路的飞速发展,交流调速及其系统得到广泛应用。交流电机的不同,繁衍出不同的交流调速系统。在变频调速系统中若采用普通笼型感应电动机,虽然运行可靠、技术成熟,但由于所需变频器的容量大于电机上网额定容量,而变频器的价格一般要高出同容量电机价格的3-4倍。因此,如何降低所需变频器容量,进而降低系统成本成了在更大范围内推广变频调速节能技术的关键所在。
近年来,许多国内外学者将目光投向无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Machine,简写为BDFM),BDFM是一种结构简单、坚固可靠、异同步通用的电机。该电机有两套定子绕组,分别称为功率绕组和控制绕组,功率绕组直接接工频电源,控制绕组通过变频器接至工频电源,转子为笼型和磁阻式结构。无刷双馈电机与普通感应电机相比,由于通过变频器的功
率仅占该电机总功率的一部分,因此可大大降低变频器的容量;和普通双馈电机相比,该电机省去了电刷和滑环,提高了系统的可靠性,因此它特别适用于大容量交流变速传动系统和变速恒频恒压的风力、水力发电系统。
目前在高性能的交流调速领域主要有矢量控制、直接转矩控制、间接转矩控制等方式。无刷双馈风力发电机的间接功率控制策略突破矢量控制通过旋转坐标变换将有功和无功功率进行解耦的控制思想,同样将功率绕组的有功功率和无功功率作为控制目标,根据有功功率和无功功率的实际值与给定值的偏差,由有功功率和无功功率PI调节器的输出,决定所施加的控制绕组电压空间矢量的幅值及相位。其优点在于:在双静止坐标系实现有功和无功的控制,无需旋转坐标变换,简化了系统结构。系统中用到的电机参数仅为两个定子绕组的电阻,因而系统对电机参数的鲁棒性较强。控制系统的内
环提供限流保护功能,并可通过PI调节器调节系统的动态性能。和直接转矩控制相比,有效改善了低频时的性能。
由于双馈机发电系统的诸多优点,近年来已成为国际研究的热点和方向。特别是对大功率风力发电系统而言,双馈感应电机将占据越来越大的市场份额。双馈感应发电机转子励磁变换器容量较小,电网故障时易出现励磁失控,甚至危害风电机组的核心组件转子励磁变换器。如何在电网出现故障时对双馈感应发电机实行有效控制,以防止发电机定、转子出现冲击电流、转矩突变等问题,造成发电机从电网解列,各国学者纷纷对风电系统的低电压穿越技术开展研究。
综上,本课题研究基于无刷双馈电机间接功率控制的低电压穿越具有很大的经济效益和重要的现实意义。
国内外研究动态:
近五年来,无刷双馈电机的控制性能取得了令人瞩目的进步,交流电机的各种控制方法在无刷双馈电机中得到不同程度的应用。
矢量控制,2009年英国剑桥大学的研究团队发表的研究报告中,对控制器的结构进行了详细的理论推导,并给出发电状态有关的实验结果,取得了良好的稳态及动态试验结果。
直接转矩控制,2011年西班牙研究团队发表的研究报告中,对无刷双馈电机的直接转矩控制方法进行了透彻的解析分析,证明了直接转矩控制方法对无刷双馈电机的适用性,试验和理论分析相当吻合。
不足之处是上述方法均需进行坐标旋转变换,使系统结构复杂,且系统性能受到坐标变换精度的影响。
间接转矩控制,该系统采用输出量为连续的PI调节器对转矩和磁链分别进行调节,采用相位和幅值任意可变的合成矢量对逆变器进行控制,使磁链轨迹保持为圆形,电压空间矢量和磁链的变化都可以精确计算出来,是一种连续的控制方法,并且在感应电机变频调速系统取得了良好的控制效果。
直接功率控制是近些年来出现的应用于双馈感应发电机系统的新型控制策略。它并不以控制转子电流为目标,而是通过控制转子磁链的大小和相位,直接对有功和无功进行调控。直接功率控制的本质是标量控制,它允许有功与无功有一定的容差变化范围,避免了矢量控制过程中复杂夫人坐标变换和补偿调节。与矢量控制相比它可简化控制器结构,具有较高的功率因数,实现低谐波干扰,且对电机参数不敏感,鲁棒性强,动态响应快。由于定子有功输出功率由风速决定,无功功率由系统的运行需求决定,因此定子侧输出有功功率、无功功率必须实现解耦控制。
主要内容:
DSP软件锁相环程序实现电网频率的检测
无刷双馈电机的转速,功率绕组频率,控制绕组频