基于旋转变压器的无刷双馈电机降阶模型研究

摘要

为了顺应可持续发展的时代趋势,缓解能源问题和环境问题带来的困扰,利用储量丰富而又清洁的风能来进行发电具有十分重要的意义。双馈风力发电机是风力发电的主要设备,然而由于电刷-滑环结构的存在给双馈感应发电机的应用带来一系列弊端,本文以国家自然基金为依托,以基于旋转变压器的无刷双馈电机作为研究对象,从运行原理、模型搭建、仿真分析、物理降阶、数值降阶等各个方面对其进行了系统的研究。
　　本文首先构建了基于旋转变压器的无刷双馈电机,分析了其工作原理,建立了d-q旋转坐标系下的电机全阶数学模型,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,并对其在不同运行状态下作了动态响应仿真和分析。当该模型应用于多台电机并网的风电场运行分析时,由于全阶模型会增加其仿真计算时间和复杂度,本文接下来分别从物理和数学两个角度对电机的全阶模型进行了降阶处理。前者是从电机系统的物理结构出发,通过忽略动态变化较快的部分,将电机模型降为不同程度的低阶模型;后者通过模拟系统的各种响应,使用基于Krylov子空间的Arnoldi降阶算法,对模型进行简化处理。
　　仿真结果表明,基于旋转变压器的无刷双馈感应电机与普通双馈电机的工作状况基本一致,符合理论预期值,验证了本文所建模型的正确性。通过比较不同的降阶模型与全阶模型的仿真结果发现,两种降阶方法都具有较为理想的降阶效果,并最终达到稳定的预期值,为该类电机的推广和应用奠定了理论基础。

目录

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摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 双馈电机的无刷化研究现状

1．3 高阶系统的模型降阶研究

1．4 本文的主要工作

第2章 基于旋转变压器的无刷双馈电机的建模与仿真

2．1 基于旋转变压器的无刷双馈电机的基本工作原理

2．1．1 基于旋转变压器的无刷双馈电机的构成

2．1．2 基于旋转变压器的无刷双馈电机的工作原理

2．2 基于旋转变压器的无刷双馈电机数学模型

2．2．1 感应电机的数学模型

2．2．2 旋转变压器的数学模型

2．3 Simulink仿真模型

2．4 无刷双馈电机的仿真运行

2．4．1 异步起动运行状态

2．4．2 亚同步运行状态

2．4．3 超同步运行状态

2．5 本章小结

第3章 基于电机原理的模型物理降阶

3．1 模型物理降阶的基本原理

3．2 基于旋转变压器的无刷双馈电机的降阶模型

3．3 Simulink仿真模型

3．4 降阶模型的仿真运行

3．4．1 异步起动运行状态

3．4．2 亚同步运行状态

3．4．3 超同步运行状态

3．5 本章小结

第4章 基于Krylov子空间法的模型数值降阶

4．1 模型数值降阶的基本原理

4．2 基于Krylov子空间的Arnoldi降阶算法

4．2．1 基于Krylov子空间的Arnoldi算法

4．2．2 基于Krylov子空间的Arnoldi降阶过程

4．3 非线性系统的降阶模型

4．4 仿真运行结果

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文