HESG-MC變速恒頻分布式發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)研究.pdf

1、變速恒頻發(fā)電技術(shù)是微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、小型水力發(fā)電等分布式發(fā)電系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，發(fā)電機(jī)與功率變換器是其不可缺少的兩個(gè)關(guān)鍵部件。混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)兼具永磁電機(jī)的高效率和電勵(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁可控的優(yōu)點(diǎn)，具有較寬的轉(zhuǎn)速適應(yīng)范圍，在變速恒頻分布式發(fā)電系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景。矩陣變換器沒有中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)正弦化的輸入電流與輸出電壓，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高的優(yōu)點(diǎn)。因此，混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)與矩陣變換器兩者的結(jié)合，有利于提高發(fā)電系統(tǒng)

2、的功率密度與可靠性，是變速恒頻分布式發(fā)電的一種優(yōu)化組合。
　　本文的研究?jī)?nèi)容主要圍繞基于矩陣變換器與混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)組合的變速恒頻分布式發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)展開，采用理論分析、仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合方法，重點(diǎn)對(duì)矩陣變換器的調(diào)制策略、并網(wǎng)控制技術(shù)、有源阻尼控制技術(shù)以及發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的閉環(huán)控制方法進(jìn)行研究。
　　矩陣變換器的調(diào)制策略是保障其穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，本文深入研究了矩陣變換器瞬時(shí)值雙線電壓合成調(diào)制策略，針對(duì)矩陣變換器輸入輸出

3、扇區(qū)組合數(shù)較多，控制實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的特點(diǎn)，提出了一種新型扇區(qū)劃分規(guī)則，通過引入表征輸入?yún)⒖枷嚯妷簶O性的變量，將輸入扇區(qū)的劃分規(guī)律與輸出扇區(qū)的劃分規(guī)律有機(jī)結(jié)合，使輸出電壓扇區(qū)由6個(gè)減少為3個(gè)，從而將扇區(qū)組合數(shù)由傳統(tǒng)的36種減少為18種，簡(jiǎn)化了瞬時(shí)值雙線電壓合成策略的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)過程。
　　矩陣變換器的并網(wǎng)控制是實(shí)現(xiàn)變速恒頻分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的前提。本文將矩陣變換器的瞬時(shí)值雙線電壓合成調(diào)制策略與基于電網(wǎng)電壓定向控制的并網(wǎng)電流控制方法相結(jié)合

4、，研究了矩陣變換器交交直接并網(wǎng)控制方法。為解決矩陣變換器實(shí)際開關(guān)調(diào)制過程中存在的窄脈沖對(duì)換流安全性與并網(wǎng)電流質(zhì)量都影響較大的問題，本文在分析正常脈沖狀態(tài)與窄脈沖狀態(tài)基礎(chǔ)上，提出了一種基于雙邊斬波與單邊斬波相結(jié)合的混合斬波方式的窄脈沖補(bǔ)償方法，對(duì)于正常脈沖狀態(tài)采用雙邊斬波方式，對(duì)于窄脈沖狀態(tài)采用單邊斬波方式，較大程度地減少了影響換流安全性的窄脈沖數(shù)量。對(duì)于單邊斬波模式下仍不能夠完成四步換流過程的窄脈沖，根據(jù)伏秒積分平衡原則，在屏蔽窄脈沖的

5、同時(shí)對(duì)其它脈沖的作用時(shí)間進(jìn)行修正，從而保證輸出電壓在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均值不變，有效地減小了并網(wǎng)電流的畸變。
　　針對(duì)矩陣變換器的輸入源為發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況，本文研究了利用發(fā)電機(jī)電樞繞組電感與外接電容構(gòu)成LC濾波器的方案，減小了濾波器的體積重量。通過建立矩陣變換器系統(tǒng)的小信號(hào)狀態(tài)方程，利用李亞普諾夫穩(wěn)定性理論對(duì)輸入濾波器、矩陣變換器、感性負(fù)載中各參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，解決系統(tǒng)內(nèi)

6、在的不穩(wěn)定原因所起的電樞電流震蕩問題，提出了一種基于諧波電流比例微分前饋控制的有源阻尼控制策略，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了諧波震蕩分量。
　　在混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)與矩陣變換器組合的發(fā)電系統(tǒng)中，具有勵(lì)磁電流和矩陣變換器調(diào)制比兩個(gè)系統(tǒng)控制變量。針對(duì)這一優(yōu)勢(shì)，本文提出了應(yīng)用于該發(fā)電系統(tǒng)的兩級(jí)式閉環(huán)控制策略，前級(jí)利用勵(lì)磁電流對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，降低了原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)對(duì)矩陣變換器輸入輸出性能的影響。后級(jí)矩陣變換器的變調(diào)制比閉環(huán)控制可根