【摘 要】
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在风力发电、水力发电和柴油机发电等领域,变速恒频发电技术已取代恒速恒频发电技术成为市场应用和学术研究的趋势和主流,本文选取变速恒频发电技术中的无刷双馈发电系统来作
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在风力发电、水力发电和柴油机发电等领域,变速恒频发电技术已取代恒速恒频发电技术成为市场应用和学术研究的趋势和主流,本文选取变速恒频发电技术中的无刷双馈发电系统来作为研究重点。无刷双馈电机取消了电刷与刷环,不仅具有结构简单、运行可靠的特点,同时还可以减小变频器的容量、降低系统成本。现阶段无刷双馈电机的控制策略研究主要集中在作为电动机运行的变频调速策略上,而对于无刷双馈电机作为发电机运行的变速恒频控制策略比较少见。本文针对无刷双馈电机在独立运行和并网运行模式下的变速恒频控制策略以及相应的无速度传感器算法进行了研究,主要研究及创新点概括如下:(1)首先介绍了无刷双馈电机应用最广泛的风力发电领域的发展背景和变速恒频发电系统的研究现状,然后对无刷双馈电机的本体及其发电控制技术的发展过程和研究现状做了简单介绍。(2)对无刷双馈电机的基本结构、变速恒频发电原理、稳态等效电路及功率关系进行了详细的介绍和分析,得出无刷双馈电机在各种坐标系下的数学模型。仿真建立了转子速坐标系下的dq双轴数学模型,并对无刷双馈电机的基本运行原理进行仿真研究。(3)针对无刷双馈电机变速恒频控制策略,详细分析了标量控制的实现方式。由于标量控制存在诸多问题,采用了功率绕组磁场定向的矢量解耦控制策略,并提出了一种改进的独立运行矢量控制策略和电网电压定向的并网运行矢量控制策略。通过仿真对矢量解耦控制策略进行验证。(4)针对独立运行和并网运行的无速度传感器控制方式,分别采用频率PI调节器和模型参考自适应(MRAS)方式,实现了频率无差控制和并网功率控制。针对MRAS转速估计在系统启动和离并网切换阶段存在的问题,提出了一种结合相位PI调节器的离并网平滑切换算法。仿真和实验均进行了验证。(5)搭建无刷双馈发电实验平台,进行了软硬件设计和编程实验调试。同时模拟各种发电工况,进行独立运行、并网运行以及相应无速度传感器控制实验。分析实验结果,验证了控制算法可行性。
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