三输入源绕组开放式永磁电机发电系统关键技术基础研究

摘要

新能源的开发和利用是解决环境污染和能源危机的有效措施，但是大多新能源受气候和天气条件的限制，存在间歇性导致供电不稳定。利用不同新能源的互补性构建新能源联合供电系统，能得到较为稳定的电力输出。针对新能源联合供电系统，本文致力于研究一种高集成度的三输入源绕组开放式电机联合发电系统，对系统拓扑、控制算法以及系统动态性能优化进行探究。
　　以两输入源变换器和绕组开放式电机系统结构为基础研究三输入源绕组开放式电机发电系统拓扑的衍生法则，归纳分析了该系统拓扑组合方式、构造原理和拓扑特性。提出了三种系统拓扑组合方式，介绍了两输入源变换器的构造原理，根据衍生法则得到九种不同结构的三输入源系统拓扑。针对集成度、灵活性、能量分配等性能对比了多种不同拓扑结构的优缺点，得出集成度相对较高、成本相对较低并满足能量分配要求的三输入源绕组开放式发电系统，作为本文的研究重点。
　　提出了一种电压、功率协调控制的系统控制策略，从而实现输出端恒电压供电，系统功率可控分配。理论推导了系统的电压方程和能量守恒方程，建立系统的数学模型，根据被控对象与其它物理量之间的关系，结合线性PI控制技术实现了系统的稳压和功率可控调节。并通过系统动静态仿真和实验验证了该控制算法的可行性。
　　由于绕组开放式电机作为能量的传递渠道级联了直流变换器和负载，导致多个源之间存在功率耦合，采用线性控制技术会影响系统的动态性能，因此提出了一种基于单周期控制技术的系统功率控制策略。基于单周期控制技术的系统控制策略能有效改善线性控制技术中因参数不匹配而导致的系统动态响应缓慢的缺陷，同时还具有结构简单，无需参数设计的优点。通过仿真和实验验证了该控制算法的有效性，并与线性控制算法进行比较，证明了该控制算法在提高系统动态性能方面的优越性。
　　最后，建立了系统的小信号模型，利用自动控制原理的小信号建模分析法，验证了所提出的电压功率控制策略的可行性，在此基础上理论分析了PI控制与单周期控制对系统稳态和动态性能的影响，证明了单周期控制的优越性。

目录

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1能源现状

1.2新能源联合供电

1.3多输入源发电系统中交流发电系统的研究

1.4多输入源发电系统的控制技术

1.5本文研究思路与主要内容

第二章 基于绕组开放式发电机的三输入源系统拓扑衍生方法研究

2.1基于绕组开放式发电机的三输入源系统拓扑组合方式

2.2多输入源变换器的基本结构

2.3不同三输入源绕组开路式发电机系统性能比较

2.4本章小结

第三章 并联型三输入源绕组开放式电机发电系统控制策略研究

3.1系统功率和电压控制原理

3.2系统仿真

3.3实验验证

3.4本章小结

第四章 基于单周期控制技术的系统动态性能优化策略研究

4.1系统耦合问题

4.2基于单周期控制技术的系统动态性能优化控制策略

4.3与传统PI控制下系统动态性能比较

4.4本章小结

第五章 系统控制性能建模分析

5.1系统平均模型

5.2系统开环小信号建模

5.3系统仿真分析

5.4实验验证

5.5本章小结

第六章 系统样机及控制实验平台介绍

6.1系统硬件平台

6.2功率电路及控制电路

6.3调理电路以及DSP电路

第七章 全文总结和展望

7.1本文主要工作及创新点

7.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文