定子双绕组感应发电机稳压控制策略及稳态运行特性研究

摘要

定子双绕组感应发电机（DualStator-WingInductionGenerator，DWIG）作为一种新型感应发电机，克服了传统感应发电系统中励磁变换器容量大、谐波污染严重的问题，具有体积小、可靠性高、励磁无功连续可调、易于维护等优点，在独立电源和风力发电系统领域具有广阔的应用前景。然而，目前对DWIG的研究侧重于DWIG带整流桥负载时的稳压控制效果，缺乏对其运行特性及带交流负载时的稳压控制效果与运行特性的研究。本文对DWIG带不同类型负载时的稳压控制效果与运行特性两方面开展研究。
　　首先，简要介绍了DWIG及其系统的基本结构与工作原理；其次，从DWIG三相ABC轴系下的电压方程出发，详细推导了其两相静止轴系下的动态数学模型，并采用MATLAB的S函数编写了DWIG内核，进而构建了仿真模型；第三，详细分析了DWIG稳压控制机理，阐述了滞环电流控制策略的基本原理，并提出了基于三状态优化开关表的直接功率控制策略（改进的直接功率控制策略）；第四，针对DWIG带整流桥负载，分别采用滞环电流控制策略与改进的直接功率控制策略，对其建压及在转速变化、负载突变等情况下的稳压控制效果进行了研究，并对其空载调节特性、速率特性、负载调节特性、效率特性进行了分析，进而对比分析了DWIG在两种控制策略下的稳压控制效果；最后，针对DWIG带交流负载，采用滞环电流控制策略，对其建压及在不同负载功率因数情况下转速变化、负载突变时的稳压控制效果进行了研究，并对其运行特性进行了分析，进而对比分析了DWIG带整流桥负载与带交流负载时的稳压控制效果。
　　结果表明，滞环电流控制策略与改进的直接功率控制策略均能有效地对DWIG系统进行稳压控制，实现维持其功率绕组侧与控制绕组侧电压在不同运行工况下稳定的目的；滞环电流控制策略的动态与静态稳压效果均优于改进的直接功率控制策略，但其定子电流波形质量不及后者；DWIG的效率与控制绕组电流的性质取决于转速、功率绕组的负载大小与性质；DWIG带交流负载发电系统的动态稳压效果不及DWIG带整流桥负载发电系统，但前者静态稳压效果优于后者，且定子电流波形质量显著优于后者，尤其在低速情况下。
　　本文的研究工作为DWIG带不同类型负载运行时的稳压控制效果与运行特性分析提供了理论支撑，为促进DWIG的应用奠定了理论基础。

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1 绪 论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容

2 定子双绕组感应发电机的工作原理与动态数学模型

2.1 引言

2.2 DWIG工作原理

2.3 DWIG动态数学模型

2.4 小结

3 定子双绕组感应发电机稳压控制机理与控制策略

3.1 引言

3.2. 三相电路瞬时功率理论

3.3 DWIG稳压控制机理

3.4 滞环电流控制策略基本理论

3.5 基于三状态优化开关表的直接功率控制策略基本理论

3.6 模型验证

3.7 小结

4 定子双绕组感应发电机带整流桥负载发电系统研究

4.1 引言

4.2 滞环电流控制策略的仿真研究

4.3 基于三状态优化开关表的直接功率控制策略仿真研究

4.4 两种控制策略对比分析

4.5 小结

5 定子双绕组感应发电机交流发电系统研究

5.1 引言

5.2 DWIG交流发电系统

5.3 DWIG交流发电系统稳压控制效果研究

5.4 DWIG交流发电系统运行特性研究

5.5 DWIG交/直流发电系统对比分析

5.6 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间承担的科研项目