双馈变速凸极同步发电机及其励磁系统研究

摘要

双馈交流励磁发电机具有变速恒频发电、改善电力系统稳定性、可进相运行不失步等优良特性，特别适合风力发电和抽水蓄能机组的应用。双馈变速凸极同步发电机作为一种新型交流励磁发电机，在结构上转子采用典型的凸极结构，使其在大型发电机组上的实现成为可能，其两相正交转子绕组通以交流变频电流，将气隙磁场同步旋转速度与转子旋转速度分离，达到变速恒频的目的。双馈变速凸极同步发电机的优良特性，很大程度上决定于矢量控制系统的具体实现。本文阐述了双馈变速凸极同步发电机的结构原理，并在空间矢量旋转坐标系下建立了其数学模型。该模型能精确体现电机运行的磁链、电流的变化。本文分析了双馈凸极同步发电机变速运行的稳态特性，指出了转子变频器容量与机组变速范围的关系，明确了在风力机上实现最大风能捕捉和在水轮机上实现负荷优化调节的方法。在上述基础上，提出了一种功率可双向流动的四象限运行的PWM交直交变换器，讨论了它的控制方法，其使用定子磁链定向的矢量控制策略，实现了对电机的有功、无功独立调节。基于上述模型，提出了具体方案，研究了如何用DSP芯片来实现变换器的控制策略。最后以MATLAB/SIMULINK软件为平台，建立了双馈交流励磁发电机及其交流励磁闭环控制系统模型，并对其进行了仿真研究，检验了控制策略的控制效果。