SVPWM整流在无刷双馈电机独立发电系统中的研究与应用

摘要

能源短缺和环境污染等问题的日益凸显，已经成为制约全球经济发展的首要问题。在对风电等可再生能源的开发利用中，关键是要研究出性能达标的发电技术。变速恒频发电技术（VSG）是发电技术领域的一大热点，其中，无刷双馈电机(BDFM)用于VSG系统中成为了一个新的研究方向。该电机省去电刷和滑环结构，可靠性得到很大改善，且降低了电机的维护费用，更重要的是可以用相对低电压、小功率的变流器来实现对电机的控制。基于此，本文的研究内容主要是针对绕线转子无刷双馈电机独立发电系统的作了相关研究。
　　首先，对BDFM的定子和转子结构进行说明，对它运行于发电状态进行了分析。分别推导了BDFM在三相静止abc坐标系下和转子速d-q坐标系下的数学模型。本文以转子速d-q为基础，在Matlab/Simulink仿真环境中对BDFM的发电工况进行了建模与仿真。其次，分析了无刷双馈电机内部的能量流动关系，在此基础上，发电系统采用了谐波含量小、功率因数可调的交—直—交双PWM变频器。介绍了变流器整流侧的基本原理和数学模型，考虑到本文研究的发电系统工作场合的特殊性，即和并网发电情况有所不同，需要变流器整流侧有更快的响应速度，因此，本文对变流器整流侧提出了基于虚拟磁链定向的直接功率控制策略，采用了SVPWM整流调制手段使系统动态的性能得到一定优化。在Matlab/Simulink软件环境中对该整流控制和调制手段进行了仿真。在该仿真的基础上，设计了相应的硬件平台进行实验。
　　本文最后介绍了BDFM独立发电系统的实际控制系统的构成，着重分析了基于TMS320F28335控制系统的设计，且对该控制系统的软件设计进行了详细分析。并在64kW绕线式无刷双馈电机独立发电系统的实验平台上，进行了一系列验证发电质量的实验研究。实验结果表明发电系统的稳态性能和动态性能都能满足要求，验证了本文所采用的控制方法的正确性与实用性。

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1 绪论

1.1 变速恒频发电技术的现状

1.2 无刷双馈电机的发展与现状

1.3 本课题的研究背景与意义

1.4 本文研究的主要内容

2 无刷双馈电机的工作原理和数学模型

2.1 无刷双馈电机的基本结构

2.2 无刷双馈电机发电运行原理

2.3 绕线式无刷双馈电机的数学模型

2.4 无刷双馈电机控制策略和仿真研究

2.5 本章小结

3 BDFM能量传递与SVPWM整流控制

3.1 BDFM发电运行的能量传递关系及对变流器的要求

3.2 电压型PWM整流器原理及其控制策略

3.3 空间矢量调制技术

3.4 SVPWM整流的仿真研究

3.5 SVPWM整流的实验研究

3.6 本章小结

4 无刷双馈电机独立发电控制系统设计

4.1 无刷双馈电机控制系统组成

4.2 基于TMS320F28335控制系统设计

4.3 控制系统软件设计

4.4 本章小结

5 独立发电系统实验分析

5.1 实验平台的构成

5.2 实验内容和结果分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献