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自励异步发电机稳压控制与并网控制系统研究

作　者: 廖一旭
导　师: 卢子广
学　校: 广西大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 自励异步发电机静止同步补偿器双PWM变流器稳压控制并网控制
分类号: TM31
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

自励异步发电机以其固有的优点,在可再生能源发电系统中得到了广泛应用,当其工作于独立发电系统时,带载能力较差,电压会因转速、负载的不同而变动,需要对其进行无功补偿才能保证发电机电压的稳定；而当其通过双PWM变流器并网运行时,需要对双PWM变流器进行协调控制,以提高系统的抗干扰能力和控制性能。针对以上问题,本文对异步发电系统进行了研究,并设计了发电机的稳压控制系统与并网控制系统。根据异步发电机的数学模型,分析了励磁电容、转速和负载变化对发电机电压的影响。为了实现发电机的稳压控制,采用静止同步补偿器设计了发电机的无功稳压系统,并研究了常规PI和非线性PID控制下静止同步补偿器的双闭环稳压控制策略。结果表明,通过对稳压系统的控制,可向发电机快速补偿无功,从而实现发电机电压的连续、平稳调节,保证了负载、转速变化情况下发电机电压的稳定性,提高了发电机的带载能力。为了实现发电系统的并网运行,基于瞬时功率理论,分别对机侧变流器和网侧变流器进行了设计。机侧变流器控制策略为电压定向法,用以克服电机参数变化对控制系统带来的不利影响。而网侧变流器控制则用于维持直流侧电压的稳定,保证系统的正常运行。同时,通过机侧、网侧变流器控制方法地协调作用,可对发电并网系统有功、无功进行灵活控制,实现系统的高效运行。根据异步发电机系统结构,搭建了发电机稳压控制系统与并网控制系统实验平台,控制系统以浮点DSP作为控制器,用于系统控制算法的开发与设计。最后,在所建实验平台上进行了稳压控制实验和并网控制测试,以验证系统设计的正确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题来源、背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 稳态性能分析  10-11
    1.2.2 暂态性能分析  11
    1.2.3 电压调节  11-14
    1.2.4 并网控制  14-15
  1.3 论文的主要内容及各部分安排  15-16
第二章自励异步发电机工作原理及电压特性分析  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 自励异步发电系统结构及工作原理  16-17
  2.3 异步发电机系统数学模型  17-22
    2.3.1 坐标变换  17-19
    2.3.2 自励异步发电机数学模型  19-22
  2.4 自励异步发电机系统性能研究  22-26
    2.4.1 空载建压分析  22
    2.4.2 带载性能研究  22-25
    2.4.3 转速、励磁电容对发电系统电压影响  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章基于STATCOM的自励异步发电机电压稳定控制  27-39
  3.1 引言  27
  3.2 基于STATCOM的自励异步发电系统原理及结构  27-28
  3.3 STATCOM数学模型  28-29
  3.4 STATCOM稳压系统双闭环PI控制策略  29-32
    3.4.1 内环电流控制  30
    3.4.2 外环电压控制  30-32
  3.5 非线性PID控制器设计  32-34
  3.6 基于常规PI和非线性PID的稳压控制仿真  34-38
  3.7 本章小结  38-39
第四章异步发电机并网控制系统设计  39-48
  4.1 引言  39
  4.2 双PWM变流器并网系统结构  39-40
  4.3 双PWM变流器数学模型及控制策略  40-44
    4.3.1 双PWM变流器数学模型  40
    4.3.2 瞬时功率计算  40-41
    4.3.3 网侧PWM变流器控制  41-43
    4.3.4 机侧PWM变流器控制  43-44
  4.4 系统仿真与结果分析  44-47
  4.5 本章小结  47-48
第五章异步发电系统硬软件设计和实时测试  48-63
  5.1 引言  48
  5.2 系统硬件设计  48-50
    5.2.1 自励异步发电机稳压系统  48-49
    5.2.2 异步发电机并网系统  49
    5.2.3 励磁电容设计  49
    5.2.4 信号检测与调理电路  49-50
    5.2.5 驱动与保护电路  50
  5.3 系统软件设计  50-54
    5.3.1 模/数转换器ADC  51-52
    5.3.2 ePWM模块  52
    5.3.3 串行通信接口SCI  52-53
    5.3.4 系统算法程序设计  53-54
  5.4 异步发电系统实验平台  54-55
  5.5 自励异步发电机独立运行实时控制  55-60
    5.5.1 空载建压与加载实验  55-57
    5.5.2 STATCOM并补自励异步发电机实验  57-59
    5.5.3 基于非线性PID的稳压控制实验  59-60
  5.6 异步发电机并网运行实时测试  60-62
  5.7 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-70
致谢  70-71
攻读学位期间发表的学术论文情况  71

自励异步发电机稳压控制与并网控制系统研究

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