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船舶轴带无刷双馈独立发电系统不平衡电压抑制策略研究

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船舶轴带无刷双馈独立发电系统不平衡电压抑制策略研究

作者：高建平华中科技大学

学位级别：硕士

无刷双馈电机(BDFM)取消了电刷和滑环,具有维护成本低、可靠性高、使用寿命长等优点,在变速恒频恒压发电领域有广阔的应用前景。船舶轴带发电系统也是BDFM众多应用场合之一。本文针对BDFM船舶轴带独立发电系统带不平衡负载时发电电压不... 详细信息

无刷双馈电机(BDFM)取消了电刷和滑环,具有维护成本低、可靠性高、使用寿命长等优点,在变速恒频恒压发电领域有广阔的应用前景。船舶轴带发电系统也是BDFM众多应用场合之一。本文针对BDFM船舶轴带独立发电系统带不平衡负载时发电电压不平衡的问题,提出了改进的BDFM不平衡电压抑制控制策略。传统的不平衡电压抑制控制方法使用正序电压的相位角来构建负序电压同步旋转坐标系。然而,在正序和负序功率绕组电压之间存在相角误差,且受负载影响。改进的方法,通过检测该角度差,可以消除不同类型的不平衡负载的影响,提高系统的稳定性。本文的主要工作包括以下几个方面:首先,介绍了BDFM的发展及研究现状,给出了基于统一旋转坐标系的BDFM数学模型,并且推导了控制绕组电流与功率绕组电压之间的关系,解释了BDFM发电电压控制的基本原理。然后,介绍了BDFM独立发电系统的基本控制方法,分析了不平衡负载的影响,给出了不平衡电压抑制控制思路。在此基础上,给出了正负序电压分解以及锁相环结构,推导了负序电压消除控制方程,详细分析了负序电压消除原理。之后,针对BDFM独立发电系统带不平衡负载且采用不平衡电压抑制控制策略时,控制绕组电流给定值包含交流分量的情况,分别研究了模型预测电流控制和比例积分谐振控制的控制性能。在Simulink中搭建了BDFM独立发电系统仿真模型,对两种电流控制方法进行了仿真分析。最后,基于一台30 kW BDFM的独立发电系统实验平台,在三种不同类型的不平衡负载工况下,对本文提出的控制方法的有效性进行实验验证。

关键词：无刷双馈电机独立发电系统不平衡电压抑制模型预测控制比例积分谐振控制

无刷双馈独立发电系统双侧变换器及其控制策略研究

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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：伍豪华中科技大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

基于控制绕组电流定向的无刷双馈独立发电系统转速辨识技术研究

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基于控制绕组电流定向的无刷双馈独立发电系统转速辨识技术研究

作者：马骁华中科技大学

学位级别：硕士

变速恒频发电是指在电机转速变化的情况下,控制电机发出恒定频率与电压的技术,是新能源发电领域的研究热点之一。其中,基于双馈电机与背靠背变换器组成的变速恒频独立发电系统以其变换器容量小、成本低等优势,在舰船轴带发电、偏远乡村... 详细信息

变速恒频发电是指在电机转速变化的情况下,控制电机发出恒定频率与电压的技术,是新能源发电领域的研究热点之一。其中,基于双馈电机与背靠背变换器组成的变速恒频独立发电系统以其变换器容量小、成本低等优势,在舰船轴带发电、偏远乡村的小型风电、水电场合得到广泛应用。然而,传统双馈电机中的电刷和滑环易磨损,需定期维护,增加了维护成本,降低了运行可靠性。无刷双馈电机可有效避免该问题。无刷双馈电机具有两套定子绕组与一套特殊结构的转子绕组。两套定子绕组之间互不耦合,但均与转子绕组耦合。因此可通过对一套定子绕组实施控制,间接影响另一套定子绕组的状态。无刷双馈电机在保留双馈电机优点的同时提升了系统的可靠性,降低了维护成本,在未来有着广阔的应用前景。无刷双馈电机的转速是实现变速恒频发电不可缺少的信息,一般通过在转子上安装码盘获得。然而码盘的安装不仅会带来额外机械负担,也在一定程度上抵消了电机无刷化带来的低维护成本及高可靠性优势。因此,研究无刷双馈发电系统的转速辨识技术对于提升系统可靠性、降低系统维护成本有着重要的意义。针对无刷双馈发电系统的独立运行工况,本文展开关于转速辨识的以下研究:(1)对无刷双馈独立发电系统的原理进行了分析。结合无刷双馈电机的绕组结构列写了其三相数学模型,从控制的角度介绍了统一dq坐标系与两相数学模型;阐述了独立发电系统的特点,并依此对控制绕组电流定向的矢量控制系统进行了分析。(2)展开了基于模型参考自适应系统(MRAS)的转速辨识系统设计。阐述了MRAS用于参数辨识的基本原理,针对传统MRAS的不足,结合无刷双馈独立发电系统的特点,设计了改进型的MRAS转速辨识算法。该算法利用控制绕组电流定向的特点,选取了控制绕组电流q轴分量为辨识模型,简化了辨识过程。(3)展开了上述转速辨识系统的参数敏感性分析及性能优化研究。针对电机参数偏差会引起辨识误差的问题,分析了其参数敏感性,对不同工况下相关参数偏差对辨识结果的影响趋势进行了研究,指导参数估算使辨识误差最小化。在上述基础上,针对无法完全消除的辨识误差,依独立发电系统的特点设计了频率闭环修正环节,在不影响转速辨识快速性的前提下,消除了稳态辨识误差。为对上述分析与设计进行验证,本研究还建立了Matlab/Simulink仿真模型与实验平台。仿真与实验结果证明了上述设计方案的有效性。

关键词：模型参考自适应系统转速辨识技术无刷双馈电机独立发电系统

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大管岛多能互补独立发电系统的发电量设计

海洋技术 2009年第1期28卷 101-103页

作者：熊焰王海峰崔琳郭毅黄勇国家海洋技术中心天津300112

结合大管岛居民用电需求,论述了当采用波浪能、太阳能、风能多能互补的独立发电系统时的发电量设计,并根据电力需求与波浪能、太阳能、风能能源资源的季节性变化进行了多能互补的供电效果分析。

关键词：大管岛多能互补独立发电系统发电量设计供电效果分析

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可再生能源独立发电系统简介

农村电气化 2007年第11期 50-51,54页

作者：郑立国白树华中国人民解放军77625部队

可再生能源发电主要指风力发电、光伏发电、氢能等能源发电形式。该文介绍了新型可再生能源独立发电系统的基本结构、特点、设备选型、输配电系统、电气主接线等有关问题。

关键词：可再生能源独立发电系统

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太阳能光伏发电独立系统在住宅中的应用

中华民居(下旬刊) 2014年第4期 301-301页

作者：郭玉张良山东能源新汶矿业集团有限责任公司

中国是世界第二大用能国家,据统计,煤炭消耗排在世界第一位,石油的消耗排在世界第二位,清洁可再生能源的消耗却远远落后于发达国家。同其他多种可再生能源相比,太阳能光伏发电具有清洁性、安全性、应用的广泛性、确实的长寿命和免维护... 详细信息

中国是世界第二大用能国家,据统计,煤炭消耗排在世界第一位,石油的消耗排在世界第二位,清洁可再生能源的消耗却远远落后于发达国家。同其他多种可再生能源相比,太阳能光伏发电具有清洁性、安全性、应用的广泛性、确实的长寿命和免维护性、充足性及经济性,这些无可比拟的优点,已经为愈来愈多的国家政府和企业界所认识,许多发达国家纷纷制定光伏发电发展规划,如美国的"百万屋顶计划",日本的"新阳光计划"等等,21世纪,世界太阳能光伏发电将会具有良好的发展前景。

关键词：太阳能光伏独立发电系统住宅应用

不平衡负载下双定子无刷双馈发电机独立运行控制策略

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电工技术学报 2018年第5期33卷 998-1006页

作者：姜云磊程明王青松魏新迟东南大学电气工程学院南京210096

该文以运行于独立发电工况下的一种新型双定子无刷双馈发电机为研究对象。为解决三相负载不均衡情形下负载对公共节点电压质量的影响,提出了一种基于控制绕组变换器的负序电压抑制策略。该策略在负同步坐标系下对负序电压分量进行提取... 详细信息

该文以运行于独立发电工况下的一种新型双定子无刷双馈发电机为研究对象。为解决三相负载不均衡情形下负载对公共节点电压质量的影响,提出了一种基于控制绕组变换器的负序电压抑制策略。该策略在负同步坐标系下对负序电压分量进行提取和补偿控制,再经过坐标变换加入到正同步坐标系下进行统一的正、负序电流闭环调节。由于控制量中二倍频分量的存在,该方法采用比例积分谐振控制器(PIR)替代传统的比例积分(PI)环节,克服了增益不足的问题。建立了双定子无刷双馈独立发电系统的实验平台,实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

关键词：双定子无刷双馈发电机独立发电系统负序电压不平衡负载比例积分谐振控制器

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信息与交流

化工学报 2005年第2期 226-256+273-305+311-337页

基于模型参考自适应的无刷双馈电机独立发电系统转速辨识方法

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中国电机工程学报 2017年第17期37卷 5171-5180页

作者：马骁陈宇苏婧媛康勇强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

基于无刷双馈电机的独立发电系统可用于偏远地区的独立供电及舰船轴带发电等场合,但该系统中的测速码盘在一定程度上抵消了电机无刷化带来的好处。引入转速辨识技术,通过辨识算法获得实时转速信息可解决这一问题。该文将模型参考自适应... 详细信息

基于无刷双馈电机的独立发电系统可用于偏远地区的独立供电及舰船轴带发电等场合,但该系统中的测速码盘在一定程度上抵消了电机无刷化带来的好处。引入转速辨识技术,通过辨识算法获得实时转速信息可解决这一问题。该文将模型参考自适应思路引入无刷双馈独立发电控制系统中,构建了一种改进型的模型参考自适应系统(model reference adaptive system,MRAS)用于转速辨识。该MRAS的坐标系依控制绕组电流矢量定向,选取控制绕组电流q轴分量(常数零)作为参考模型,并以需辩识的转子转速为变量构造控制绕组q轴分量的可调模型。该MRAS不但简化了参考模型与可调模型的求解,还使得参考模型与可调模型的矢量叉乘运算简化为标量作差运算。此外,由于该MRAS由可测电压和电流为基础独立构造,因此可与多种控制方案配合使用,具有较好的通用性与灵活性。

关键词：转速辨识无刷双馈电机独立发电系统模型参考自适应