基于海浪发电的无刷双馈发电机控制策略分析

摘要

无刷双馈电机(Brushless Doubly-fed Motor,BDFM)作为近年来发展起来的一种新型交流调速电机,由两套相互独立的定子绕组(功率绕组和控制绕组)和特殊结构的转子组成,利用可逆变频器调节控制绕组的电源频率实现对BDFM的转速控制。BDFM具有无电刷、结构简单坚固、变流器容量小、功率因数可控制、运行可靠等优点,是传统交、直流电机调速系统的强有力竞争者,在大型水泵、风力发电和海浪发电领域具有广阔的应用前景。
　　本文在海浪发电应用背景下,对无刷双馈电机以及基于海浪发电的无刷双馈发电机控制系统进行研究。首先利用坐标变换理论建立了BDFM的各种动态数学模型,包括三相静止模型、二相转子速dq模型、双同步模型等。并利用转子速dq模型建立BDFM在MATLAB环境下的仿真模型,在此模型下对BDFM的单馈异步、双馈同步、双馈亚同步以及双馈超同步等运行状态的动态特性进行仿真研究。
　　在对BDFM电机动态特性仿真分析的基础上,介绍了无刷双馈电机的各种控制策略,并重点研究了基于转子速模型的BDFG功率控制策略。在MATLAB/SIMULINK环境下建立基于功率控制策略的BDFM发电系统模型,并对发电系统中有功功率、无功功率以及电机转速和电磁转矩等物理量进行分析。在电网电压正常情况下,发电系统运行正常;在电网电压三相不平衡情况下,有功功率、无功功率以及电磁转矩的波形均出现波动,影响了发电系统的运行以及所发电的质量。为消除电网电压不平衡对发电系统的影响,本文提出了基于内模控制的BDFG不平衡控制策略,并在MATLAB/SIMULINK环境下建立仿真模型。仿真结果显示该控制策略下有功功率、无功功率以及电磁转矩等物理量均能实现无差控制,验证了控制策略的有效性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 BDFM工作原理及数学模型

2.1 BDFM的原型及发展

2.2 BDFM的数学模型

2.3 BDFM的SIMULINK仿真

2.4 本章小结

第3章 BDFM控制策略

3.1 BDFM控制策略综述

3.2 变速恒频无刷双馈电机海浪发电控制策略

3.3 BDFG功率控制仿真研究

3.4 本章小结

第4章 电网不平衡条件下BDFG发电系统控制策略

4.1不平衡电网电压条件下BDFG数学模型

4.2不平衡电网电压条件下BDFG的电磁转矩和瞬时功率

4.3不平衡电网电压条件下BDFG控制策略

4.4仿真验证

4.5本章小结

第5章 结论与展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的论文