發(fā)布時間：2020-11-22 07:04

　　 近幾十年來,由于不斷惡劣的環(huán)境問題和能源問題,新能源并網(wǎng)發(fā)電的浪潮沖擊全球,相關(guān)技術(shù)蓬勃發(fā)展。但是由于新能源的間歇性與隨機性,大規(guī)模新能源并網(wǎng)給電網(wǎng)穩(wěn)定、電能質(zhì)量帶來了重大挑戰(zhàn)。雖然潮流發(fā)電已經(jīng)成為當前的研究熱點,但針對上述問題,仍然亟待系統(tǒng)、全面、深入地研究潮流發(fā)電系統(tǒng)中變流器建模與控制問題,并提出準確實用的設(shè)計方法。本文主要以研究背靠背永磁直驅(qū)式發(fā)電系統(tǒng)建模與控制系統(tǒng)設(shè)計為主題。首先介紹了潮流能的能量轉(zhuǎn)換原理以及對應(yīng)的水輪機水力特性,建立了工程上實用的水輪機模型。然后,為了簡化控制系統(tǒng)設(shè)計,推導(dǎo)出永磁電機在旋轉(zhuǎn)坐標系的dq模型。一方面在此模型下,分析了轉(zhuǎn)子磁鏈定向的轉(zhuǎn)速外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)永磁電機控制策略及其控制器設(shè)計;另一方面,在上述PMSM連續(xù)模型的基礎(chǔ)上,本文進一步研究了離散域下PMSM的控制問題,將現(xiàn)代控制理論中的帶閉環(huán)全階狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋方法,很好的應(yīng)用到直接定子磁鏈矢量控制當中。接著,詳細介紹了三相PWM并網(wǎng)逆變器在離散域下交流小信號模型的建立過程,推導(dǎo)出控制系統(tǒng)需要的SISO模型。結(jié)合推導(dǎo)的模型,建立基于電網(wǎng)電壓矢量定向的直流電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)三相PWM并網(wǎng)逆變器控制策略。為了觀察控制延時對系統(tǒng)動靜態(tài)性能的影響,分別在不同控制延遲下,研究各控制環(huán)的根軌跡,借此尋找性能較好主導(dǎo)極點和臨界頻率。另外,通過對比七段SVM開關(guān)波形中基本矢量有效占空比與各相占空比的關(guān)系,文中推導(dǎo)出空間矢量調(diào)制(SVM)三相占空比與三相參考電壓的表達式,推導(dǎo)出一種無需分區(qū)和坐標變換基于靜止坐標下SVM的簡化算法。最后,在簡要介紹最大功率追蹤的基礎(chǔ)上,對機側(cè)換流器和網(wǎng)側(cè)換流器聯(lián)合仿真,驗證本文所提設(shè)計方法的正確性。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P743
【文章目錄】：
致謝
摘要
英文摘要
1. 緒論
    1.1 課題的背景
    1.2 潮流發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
        1.2.1 國外潮流發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.2.2 我國潮流發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
    1.3 目前主流的潮流發(fā)電系統(tǒng)簡介
        1.3.1 交流勵磁雙饋發(fā)電機變速恒頻潮流發(fā)電系統(tǒng)
        1.3.2 無刷雙饋發(fā)電機變速恒頻潮流發(fā)電系統(tǒng)
        1.3.3 直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機變速恒頻潮流發(fā)電系統(tǒng)
    1.4 并網(wǎng)逆變器研究現(xiàn)狀
    1.5 永磁同步電機控制研究現(xiàn)狀
    1.6 本論文研究的主要工作
2. 流體基本理論及水輪機特性分析
    2.1 流體能量轉(zhuǎn)換基本理論
        2.1.1 流體能量的計算
    2.2 水輪機特性分析
        2.2.1 水輪機的特性系數(shù)
        2.2.2 水輪機的數(shù)學(xué)模型
        2.2.3 水輪機的特性仿真分析
    2.3 本章小結(jié)
3. 永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型及控制策略
    3.1 典型永磁同步電機控制簡介
    3.2 永磁同步發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型
        3.2.1 推導(dǎo)永磁同步發(fā)電機數(shù)學(xué)模型的前提假設(shè)
        3.2.2 ABC三相坐標系中同步電機數(shù)學(xué)模型
        3.2.3 αβ0坐標系中同步電機數(shù)學(xué)模型
        3.2.4 dq0坐標系中同步發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型
        3.2.5 電流內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速外環(huán)雙閉環(huán)控制策略
d=0控制及其PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計'>        3.2.6 i_d=0控制及其PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計
        3.2.7 雙閉環(huán)永磁同步電機矢量控制仿真
    3.3 基于離散域帶全階狀態(tài)觀測器永磁同步電機直接定子磁鏈矢量控制
        3.3.1 帶全階狀態(tài)觀測器永磁同步電機直接定子磁鏈矢量控制概述
        3.3.2 連續(xù)域下永磁同步電機狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型
        3.3.3 離散域下永磁同步電機狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型
        3.3.4 直接定子磁鏈矢量控制的實現(xiàn)
        3.3.5 定子磁鏈矢量參考值計算
        3.3.6 閉環(huán)系統(tǒng)極點配置
        3.3.7 定子磁鏈全階狀態(tài)觀測器
        3.3.8 具有參考輸入的控制系統(tǒng)設(shè)計
    3.4 離散域下永磁同步電機直接定子磁鏈矢量控制仿真驗證
        3.4.1 定子磁鏈內(nèi)環(huán)運行
        3.4.2 穩(wěn)態(tài)速度外環(huán)運行
    3.5 本章小結(jié)
4. 電壓型PWM三相并網(wǎng)逆變器建模分析及其控制策略
    4.1 三相電壓型并網(wǎng)逆變器概述
    4.2 三相電壓型并網(wǎng)逆變器建模
        4.2.1 三相電壓型并網(wǎng)逆變器的開關(guān)周期平均模型
        4.2.2 αβ坐標系下三相電壓型并網(wǎng)逆變模型
        4.2.3 dq0旋轉(zhuǎn)坐標系下三相電壓型并網(wǎng)逆變器模型
        4.2.4 三相PWM并網(wǎng)逆變器交流小信號模型
    4.3 基于靜止坐標系下空間矢量調(diào)制（SVPWM）技術(shù)簡化算法
    4.4 基于離散域PWM并網(wǎng)逆變器小信號模型的控制策略及PI調(diào)節(jié)器設(shè)計
        4.4.1 PWM并網(wǎng)逆變器控制原理
        4.4.2 基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制（VOC）并網(wǎng)逆變器控制策略
        4.4.3 數(shù)字控制三相PWM并網(wǎng)逆變器交流小信號控制性能分析
        4.4.4 基于離散小信號模型三相PWM并網(wǎng)逆變器仿真實驗驗證
    4.5 本章小結(jié)
5. 永磁直驅(qū)潮流發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析
    5.1 潮流能最大功率追蹤原理
    5.2 雙PWM永磁直驅(qū)潮流發(fā)電系統(tǒng)控制策略
    5.3 永磁直驅(qū)潮流發(fā)電系統(tǒng)仿真分析
        5.3.1 水輪機功率系數(shù)與葉尖速比波形分析
        5.3.2 發(fā)電機角速度與電磁功率波形分析
        5.3.3 直流母線電壓波形分析
        5.3.4 并網(wǎng)電壓電流及并網(wǎng)功率波形分析
    5.4 本章小結(jié)
6. 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表與錄用的論文

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本文編號：2894321