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基于飞轮储能系统的DSTATCOM研究

作　者: 钟畅
导　师: 游小杰
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 飞轮储能系统 DSTATCOM 三相电压型变流器 永磁同步电机 复矢量电流调节器 数字延时
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 21次
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内容摘要


传统电压型DSTATCOM相当于一个交流同期电压源,其缺点在于只能单一地对无功功率进行调节,从而大大限制了它的应用范围。相比而言,基于有功储能装置的DSTATCOM的性能则得到了极大提高。现代飞轮储能系统结合了复合材料飞轮、高速电机以及高效率电力电子变换器等技术,具有工程应用价值,可适用于高功率脉冲电源,电能质量提高等领域。因此基于飞轮储能系统的DSTATCOM将会具有很大的应用前景。本文首先对主电路的原理和控制算法进行了推导分析,并采用复矢量分析法,在两项旋转坐标系下分析闭环系统的离散域数学模型。分析结果显示两项旋转坐标系下采用状态反馈解耦方法的传统PI电流调节器存在依赖电路参数的问题,此外数字控制系统中的固有数字延时也将会严重影响闭环系统的稳定性。为了解决上述问题,提出了采用一种复矢量PI电流调节器可以消除电流调节器对系统电路参数的依赖性,另外在离散域下,利用复矢量分析法直接在电流调节器中增加固有数字延迟补偿,从而提高了系统的稳定性。除此之外,为了提高数字系统的抗干扰性能,本文还根据抗干扰强度函数提出采用一种增加虚拟电阻的方法,可以有效提高系统的抗干扰特性。在理论基础上,本文采用Matlab/Simulink搭建系统的仿真模型,并以此初步验证相应控制算法的动、稳态控制性能。其后,以此为基础设计并搭建了一个30kW飞轮储能系统样机平台,并在此样机平台上进行了各类实验,同时通过展示和说明实验结果,证明了所搭建的样机平台的可靠性,验证了理论分析的正确性,显示出所采用的控制算法具有动态响应迅速、稳态特性较好等特点。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-16
  1.1 课题研究背景与意义  10-14
    1.1.1 配电网电能质量问题  10
    1.1.2 基于储能装置的DSTATCOM概述  10-12
    1.1.3 储能技术简介  12-13
    1.1.4 国内外发展现状  13-14
  1.2 本文研究内容  14-16
2 基于飞轮储能系统的DSTATCOM数学模型与控制方法  16-34
  2.1 基于飞轮储能系统的DSTATCOM主电路拓扑结构  16-17
  2.2 LCL滤波器  17
  2.3 基于飞轮储能系统的DSTATCOM电力电子变换器数学模型  17-19
    2.3.1 电网侧三相电压型变流器离散域复矢量模型  18-19
    2.3.2 永磁同步电机驱动系统离散域复矢量模型  19
  2.4 基于飞轮储能系统的DSTATCOM控制策略  19-20
  2.5 基于飞轮储能系统的DSTATCOM上层控制策略  20-22
    2.5.1 电网侧三相电压型变流器的上层控制策略  20-21
    2.5.2 永磁同步电机驱动系统的上层控制策略  21-22
  2.6 电网侧三相电压型变流器中层控制策略  22-23
  2.7 永磁同步电机驱动系统中层控制策略  23-26
    2.7.1 永磁同步电机基本控制方法  23-24
    2.7.2 永磁同步电机矢量控制技术  24-25
    2.7.3 永磁同步电机弱磁控制策略  25-26
  2.8 电流调节器设计  26-32
    2.8.1 传统同步旋转坐标系下PI控制器  27-28
    2.8.2 数字控制器的延时补偿  28-30
    2.8.3 复矢量电流调节器  30-31
    2.8.4 抗干扰性分析  31-32
  2.9 本章小结  32-34
3 基于MATLAB的系统仿真  34-44
  3.1 仿真模型  34-37
    3.1.1 电网侧三相电压型变流器仿真模型  34-35
    3.1.2 永磁同步电机驱动系统仿真模型  35-37
  3.2 仿真模型  37-43
    3.2.1 电网侧三相电压型变流器仿真结果  37-40
    3.2.2 永磁同步电机驱动系统仿真结果  40-43
  3.3 本章小结  43-44
4 基于飞轮储能系统的DSTATCOM系统实现  44-68
  4.1 硬件系统实现  45-48
    4.1.1 飞轮转子与飞轮电机  45-46
    4.1.2 功率单元  46
    4.1.3 控制电路  46-48
  4.2 软件系统实现  48-58
    4.2.1 电网侧三相电压型变流器的软件实现  48-56
    4.2.2 永磁同步电机驱动系统的软件实现  56-58
  4.3 系统实验结果  58-67
    4.3.1 系统各模块测试波形  58-61
    4.3.2 电网侧三相电压型变流器纯电阻负载实验  61-62
    4.3.3 永磁同步电机驱动系统纯电感负载矢量控制实验  62-65
    4.3.4 飞轮储能系统联合调试实验  65-67
  4.4 本章小结  67-68
5 结论  68-70
参考文献  70-72
作者简历  72-74
学位论文数据集  74

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化 > 自动调整
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