基于直-直斩波原理的励磁系统设计与研究

摘要

分布式能源发电系统通过将各种不同的能源形式转换为电能加以利用，成为分布式能源最有效的利用方式之一，并以其独有的环保性、经济性引起人们越来越多的关注。分布式发电随着其在电能生产中的比重增大，对电力系统也将产生重大影响，因此对这些发电机组采用安全可靠、运行方式灵活的励磁控制，至关重要。本文针对这些要求，基于最新的电力电子技术，对传统自并励励磁系统进行改造，设计出更加适合于中小型发电机组的励磁系统并进行了较为深入的研究。
　　 首先，本文深入研究了直-直换流器的原理与控制方法，在此基础上设计了基于不可控整流电路和直-直斩波电路的励磁主回路，设计了PID励磁控制器，并采用脉宽调制法调节IGBT开关的占空比，通过大量的仿真调试选定了合适的PID控制参数，实现了对励磁系统的多种运行方式的灵活控制。
　　 然后，针对实验室7.5kW隐极模型机，在PSCAD平台中分别搭建了斩波控制励磁系统和传统晶闸管全控桥式整流励磁系统的仿真模型，对零起升压过程和给定阶跃响应进行了动态仿真，测试了两种励磁系统的控制作用，并比较了两种励磁系统的性能。
　　 最后，本文在PSCAD平台中建立了原动机调速系统的仿真模型，并结合所设计的励磁系统，进一步完成了计及原动机调速系统作用的发电机起励过程、发电机空载电压给定阶跃、发电机并网以及单机无穷大系统线路故障的仿真分析，并用小干扰法分析了在这种励磁系统作用下的单机-无穷大系统的静态稳定性。
　　 本文通过励磁系统总体性能仿真验证了基于直-直斩波原理的励磁系统的有效性，其安全可靠、运行方式灵活的特性将在分布式电力系统迅速发展的今天发挥出其优势并得到较为广泛的关注与应用。

目录

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 励磁系统的分类

1.3 励磁控制器的国内外研究现状

1.4 本文主要工作

第2章 开关型直-直换流器

2.1 概述

2.2 开关型直-直换流器的控制

2.2.1 PWM控制的基本原理

2.2.2 计算法和调制法

2.3 基本降压斩波电路

2.4 全桥直-直换流器

2.5 本章小结

第3章 基于斩波原理的励磁系统的设计

3.1 励磁主回路的设计

3.1.1 励磁功率单元

3.1.2 灭磁单元

3.1.3 过电压保护

3.2 励磁控制器的设计

3.2.1 基本控制

3.2.2 动态校正

3.2.3 运行方式管理

3.2.4 辅助控制部分

3.2.5 励磁限制部分

3.3 搭建模型并与传统静态励磁系统进行比较

3.4 本章小结

第4章 计及原动机调速系统作用的总体性能仿真

4.1 引言

4.2 原动机调速系统模型

4.3 发电机起励过程仿真

4.4 发电机空载电压给定阶跃仿真

4.5 发电机负载仿真

4.6 本章小结

第5章 发电机并网仿真及其静态稳定性的分析

5.1 发电机并网仿真

5.2 单机-无穷大系统的断线故障仿真和三相短路仿真

5.3 小干扰法分析单机-无穷大系统静态稳定

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢