本文選題：無刷雙饋電機　切入點：開繞組　出處：《沈陽工業(yè)大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著化石能源供應(yīng)日趨緊張,環(huán)境問題日益嚴重,風能作為一種清潔的可再生能源受到了國內(nèi)外專家和學者的廣泛關(guān)注,但目前風力發(fā)電技術(shù)中主要應(yīng)用的雙饋感應(yīng)發(fā)電機和永磁同步發(fā)電機具有維護頻繁,控制方法復雜,變頻器容量較高、造價昂貴等諸多問題。無刷雙饋發(fā)電機作為一種新型電機,成本低廉且不需要頻繁維護。本文以無刷雙饋發(fā)電機為研究對象,以國家自然科學基金項目“復合轉(zhuǎn)子開繞組無刷雙饋風力發(fā)電機及其直接功率控制策略”(項目批準號：51277124)為背景,提出一種適用于該電機的直接功率控制方法,并在以下方面進行重點研究：首先,概述了混合轉(zhuǎn)子開繞組無刷雙饋風力發(fā)電機特殊的定子開繞組結(jié)構(gòu)和新型轉(zhuǎn)子的磁場調(diào)制作用,論述了電機的工作機理和三種不同的運行方式,以及在不同運行方式下的功率流向問題。建立了適用于該種電機控制的旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型,并給出了電機的等效電路圖。其次,根據(jù)混合轉(zhuǎn)子開繞組無刷雙饋風力發(fā)電機的特殊結(jié)構(gòu),將直接功率控制方法進行適當改進,應(yīng)用到該電機上。直接功率控制方法功率響應(yīng)速度快,不需要復雜的坐標變換,計算量小,且對電機的參數(shù)變化不敏感,解決了現(xiàn)有控制系統(tǒng)算法復雜等問題。分析發(fā)電機定子上兩套繞組的電壓關(guān)系,設(shè)計了穩(wěn)定輸出電壓的方法,并進行了仿真驗證,為電機的后續(xù)并網(wǎng)運行奠定基礎(chǔ)。再次,分析了開繞組電機的空間電壓矢量,并根據(jù)矢量幅值將其分為短、中、長矢量三種,并對三種不同幅值矢量分別進行直接功率控制方法的仿真,將三種方法的仿真結(jié)果對比,分析其優(yōu)劣及適用情況。接著,對控制方法進行優(yōu)化,提出了混合矢量法和基于功率誤差比較的直接功率控制方法,分別在轉(zhuǎn)速突變,功率給定突變,運行方式變化等情況下,使用MATLAB/Simulink軟件對這兩種優(yōu)化方法進行仿真分析,仿真結(jié)果表明這兩種方法雖然略微增加了控制方法的復雜度,但可以大大提高控制系統(tǒng)的控制精度,減小了功率繞組輸出電流的畸變率。最后,以TMS320F28335DSP為控制核心,制作了兩臺四象限變頻器,設(shè)計了信號調(diào)理、電壓電流采樣、IGBT驅(qū)動等電路,搭建了混合轉(zhuǎn)子開繞組無刷雙饋風力發(fā)電機的直接功率控制系統(tǒng)實驗平臺,并使用一臺額定功率42kW的混合轉(zhuǎn)子開繞組無刷雙饋電機進行實驗,驗證了開繞組電機控制方法的可行性。
[Abstract]:With the increasingly tight supply of fossil energy and the increasingly serious environmental problems, wind energy as a clean renewable energy has been widely concerned by experts and scholars at home and abroad. However, the doubly-fed induction generator and permanent magnet synchronous generator, which are mainly used in wind power generation technology, have the advantages of frequent maintenance, complex control methods and high inverter capacity. As a new type of motor, the brushless doubly-fed generator is low cost and does not need frequent maintenance. In this paper, the brushless doubly-fed generator is taken as the research object. Based on the project of National Natural Science Foundation, "Brushless Doubly-fed Wind Generator with compound rotor Open Winding and its Direct Power Control Strategy" (Project Grant No.: 51277124), a direct power control method suitable for the motor is proposed. The following aspects are emphatically studied: firstly, the special stator open-winding structure of the hybrid rotor open-winding brushless doubly-fed wind turbine and the magnetic field modulation function of the new rotor are summarized. The working mechanism and three different operation modes of the motor and the power flow direction under different operation modes are discussed. The mathematical model under the rotating coordinate system suitable for the control of the motor is established. The equivalent circuit diagram of the motor is given. Secondly, according to the special structure of the hybrid rotor open winding brushless doubly-fed wind turbine, the direct power control method is improved appropriately. When applied to the motor, the direct power control method has the advantages of fast power response, no complicated coordinate transformation, less computation, and insensitivity to the parameter change of the motor. This paper analyzes the voltage relationship between two sets of windings of generator stator, designs the method of stabilizing output voltage, and carries out simulation verification, which lays a foundation for the subsequent grid-connected operation of the motor. The space voltage vector of open-winding motor is analyzed, and it is divided into three kinds according to the vector amplitude, which are short, medium and long vector. The direct power control methods of three different amplitude vectors are simulated, and the simulation results of the three methods are compared. Then, the hybrid vector method and the direct power control method based on power error comparison are proposed, respectively, in the case of rotational speed mutation, power given mutation, operation mode change and so on. The two optimization methods are simulated and analyzed by using MATLAB/Simulink software. The simulation results show that the two methods increase the complexity of the control method slightly, but can greatly improve the control accuracy of the control system. The output current distortion rate of power winding is reduced. Finally, two four-quadrant frequency converters are fabricated with TMS320F28335DSP as the control core, and signal conditioning, voltage and current sampling and IGBT-driven circuits are designed. An experimental platform of direct power control system for a hybrid rotor open-winding brushless doubly-fed wind turbine is built, and an experiment is carried out with a brushless doubly-fed machine with rated power of 42 kW. The feasibility of the open winding motor control method is verified.
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM315

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本文編號：1623953