交流发电系统机械变频技术的研究

作     者：李扬扬 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张镭

授予年度：2017年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：微电网 交流发电 机械变频 电控机械无级变速器 无级变速器控制器 

摘      要：现在的电网供电规模往往很大,一旦出现故障导致停电事故,都将会造成巨大的经济损失。因此,有人提出微电网发电。但是由于微网中的输出电源的特性,通常不适于直接与电网相连或驱动用户负载,目前均需要并网逆变器的介入,通过电力电子逆变装置和相应有效的控制方法才能输出满足负荷需求和并网条件的工频交流电。而并网逆变器的引入可能会对电网带来冲击,一般也会带来大量的谐波,影响电网质量,这也是目前很多微电网一直未能真正并网的主要原因。本文提出了一种全新的电力系统机械变频及其控制技术,即采用金属带(链)式机械无级变速器及其控制技术实现对微网交流发电系统输出电力的频率控制,可实现并网模式与孤岛模式之间的平滑切换。采用本项技术,一方面可以避开并网逆变器控制中电量难以精确检测和控制延时等问题,提高并网切入时的电力质量,有效避免逆变器中由于功率器件的使用给电网注入的谐波污染;另一方面,可以大量减少对高频、大功率、高性能电力电子器件的使用,从而大大降低微电网的建设成本和运行成本,提高微电网运行的可靠性。因此,此技术是一种全新的、甚至是革命性的电力并网方法。文本主要的研究对象是电控机械无级变速器(Electronic Mechanical Continuously Variable Transmission,EMCVT),其具有成本低,效率高,结构简单等特点。首先对EMCVT进行了结构分析与建模,包括机械结构的分析,工作原理分析,受力过程的分析,速比模型的建立,调速电机的分析等;其次,为了验证建立的数学模型的正确性,根据EMCVT的机械结构以及需要满足的负载要求,采用现成的D2P平台编程,进行控制系统的构建和控制方法的研究和仿真。主要包括EMCVT控制系统的特性要求的分析,控制方案的确定,以及控制策略的研究,采用成熟控制器对控制策略进行功能性实验。为了配合变频专用EMCVT控制单元系统的开发,对EMCVT的驱动需求进行测试,确定了调速电机和离合器电机的主要参数。在此基础上,以英飞凌的TC1782微控制器为核心,构建出EMCVT控制单元的整体架构,对其整体进行了设计,并进行了初步的开发。