无刷双馈独立发电系统双侧变换器及其控制策略研究

作     者：伍豪 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于克训

授予年度：2019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：无刷双馈电机 独立发电系统 双PWM变换器 变速恒频发电 直接功率控制 

摘      要：在船舶发电中,轴带发电技术通过利用主机冗余功率发电,减少了轻质柴油的使用,充分提高了能源利用效率,降低了船舶发电成本。轴带发电技术属于变速恒频发电方式,而无刷双馈电机(BDFM)在变速恒频发电领域具有极大优势。由它构成的发电机系统所需功率变换器容量小,同时,电机没有电刷和滑环,大大增加了结构可靠性、系统可维护性。基于此,本文将针对BDFM独立发电系统进行研究,主要研究当船舶主轴转速发生变化、船舶负载发生投切时,系统如何通过合理控制来保证所发出电能质量的问题。本文确立了由原动机、BDFM、双PWM变换器构成的无刷双馈独立发电系统整体结构,确定了将双PWM变换器分为控制绕组侧变换器和功率绕组侧变换器分别研究其控制策略的研究思路。本文首先对控制绕组侧变换器的控制策略进行了研究,分析了BDFM的基本运行原理。为了实现功率绕组和控制绕组电量参数的解耦控制,本文引入了双转子速坐标系无刷双馈电机数学模型,并在此基础上推导了双同步速下电机数学模型,实现了被控量变为直流量的特性。接着本文提出了一种基于功率绕组磁链定向的变速恒频发电控制策略,实现了对BDFM发电电压的准确控制,从而使BDFM变工况条件下动态性能更加优良。针对功率绕组侧变换器的控制策略研究,本文引入了直接功率控制技术。接着本文分析了传统电网电压定向的直接功率控制、虚拟磁链定向的直接功率控制策略的控制特性。为了继承传统直接功率控制的优点而改进其应用缺陷,本文确立了基于PI调节的定频直接功率控制策略,并将该策略与几种常用控制策略进行了对比仿真,仿真结果显示了其谐波因数小、动态性能好、稳态波动小的优点。本文针对功率绕组侧变换器子系统进行了硬件电路设计,搭建了实验平台,并编写了软件来实现基于PI调节的定频直接功率控制。本文最后进行了相关实验,验证了功率绕组侧变换器控制策略的可行性和优越性,为设计无刷双馈独立发电整系统和进行实验打下了基础。