100MVA脈沖發(fā)電機組雙饋調(diào)速控制策略及系統(tǒng)研究.pdf

1、J-TEXT裝置是華中科技大學建造運行的中型托卡馬克裝置，其前身是美國得克薩斯州立大學TEXT-U裝置。100MVA飛輪儲能脈沖發(fā)電機組是J-TEXT裝置的主供電電源，隨TEXT-U裝置一起贈送我國并完成了重建和運行。機組由一臺額定功率1417kW的三相繞線式異步電動機作為原動機拖動運行，機組設計額定轉(zhuǎn)速為713轉(zhuǎn)/分，該轉(zhuǎn)速下機組儲能為185MJ。脈沖發(fā)電機組的額定參數(shù)是根據(jù)美國電網(wǎng)標準設計（12kV/60Hz）的，在中國電網(wǎng)參數(shù)（1

2、0kV/50Hz）下運行轉(zhuǎn)速只能達到原來的5/6，機組儲能只能達到設計參數(shù)的70％，總儲能的不足影響了J-TEXT裝置放電運行參數(shù)的提高，因此需要對100MW脈沖發(fā)電機組進行升速改造。
　　本文以脈沖發(fā)電機組的雙饋調(diào)速系統(tǒng)為研究對象，對基于矢量控制的雙饋控制策略、無傳感器的轉(zhuǎn)子角觀測器模型、兩電平電壓源型交直交變頻器的結構與控制方法等進行了深入研究，針對100MVA脈沖發(fā)電機組的實際情況設計了一套雙饋調(diào)速系統(tǒng)，并通過仿真與實驗驗證

3、了控制策略與系統(tǒng)設計的正確性。
　　本文設計了以電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流為控制目標的雙饋調(diào)速系統(tǒng)控制策略，該策略以定子磁鏈矢量定向的MT坐標系為基礎，采用電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流MT軸分量雙閉環(huán)的控制方法，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流MT軸分量的獨立控制。為了精確計算MT坐標系的定向矢量，研究了定子磁鏈觀測器的結構與算法。在轉(zhuǎn)子電流反饋控制中，針對轉(zhuǎn)子電流最小和轉(zhuǎn)子無功功率為0這兩種工況，計算了轉(zhuǎn)子M軸電流的給定值。
　　為了精確測量電機轉(zhuǎn)子繞組與定

4、子磁鏈矢量的夾角，為轉(zhuǎn)子電壓電流的坐標系變換提供依據(jù)，本文設計了基于轉(zhuǎn)子電流模型的無位置傳感器的轉(zhuǎn)子角與轉(zhuǎn)速觀測器，根據(jù)觀測器的動態(tài)特性要求，分析了其控制參數(shù)的取值范圍，針對實際應用中的信號干擾問題，設計了變參數(shù)的PI控制策略。實驗驗證了觀測器設計的正確性。
　　在雙饋調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子側(cè)電源采用電壓源型交直交變頻器結構。本文設計了在交流側(cè)電壓矢量定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的整流器控制策略，該策略以直流電壓與輸入側(cè)交流電流為控制目標，采用

5、雙閉環(huán)反饋控制結構。仿真實驗證了控制策略的正確性。針對變頻器用于電機驅(qū)動的情況，研究了逆變側(cè)輸出端RLC低通濾波器的設計方法。
　　在前述研究的基礎上，本文設計了J-TEXT裝置100MVA脈沖發(fā)電機組雙饋調(diào)速系統(tǒng)，對其功率規(guī)模、主要部件的參數(shù)、變頻器結構與驅(qū)動電路均作了詳細介紹，通過功率輸出實驗驗證了變頻器的控制方法；針對脈沖發(fā)電機組的運行特點，研究了雙饋調(diào)速系統(tǒng)在脈沖發(fā)電機組各工況下的斷路器動作順序與控制方法；設計了三層結構的