電流源型全控器件勵磁系統(tǒng)的建模與控制.pdf

1、歐美等大停電事故表明了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要性。隨著我國大區(qū)域間的電網(wǎng)互相連接、輸電容量的增加，電力系統(tǒng)愈加復雜，系統(tǒng)阻尼的減弱，長時間的、區(qū)域性的低頻振蕩問題仍較為普遍，所以對同步電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性提出了更高的要求。勵磁系統(tǒng)作為同步發(fā)電機核心組成部分，在提升系統(tǒng)阻尼眾多措施中是最經(jīng)濟，最有效的，所以勵磁系統(tǒng)提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究愈發(fā)重要。雖然傳統(tǒng)的晶閘管勵磁系統(tǒng)可以通過PSS提升系統(tǒng)阻尼，但是對非區(qū)域性低頻振蕩的抑制效果有限。近年來，隨

2、著半導體器件的發(fā)展，電壓源型變換器與電流源型變換器相繼被提出應用在勵磁系統(tǒng)中，并稱之為全控器件勵磁系統(tǒng)。全控器件勵磁系統(tǒng)最大的優(yōu)點是在發(fā)電機受到擾動時，可以向機端注入無功功率產生電磁轉矩提高阻尼，進而提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。本文研究了基于電流源型變換器的全控器件勵磁系統(tǒng)，主要有以下幾個方面的研究內容：
　　首先闡述了電流源型全控器件勵磁系統(tǒng)主回路的工作原理，建立了其 dq同步旋轉坐標系下的數(shù)學模型，為后面控制器的設計提供基礎。然后分析了三

3、相電流源型變換器SPWM三邏輯值調制技術，并在Matlab/Simulink仿真平臺下搭建三邏輯信號發(fā)生器，驗證了其設計的正確性。
　　隨后，根據(jù)勵磁主回路的數(shù)學模型，提出適用于電流源型全控器件勵磁系統(tǒng)的三閉環(huán)控制策略。其次，簡要分析了電流源型全控器件勵磁系統(tǒng)主回路LC濾波器參數(shù)的設計，并在Matlab/Simulink仿真平臺下搭建了電流源型全控器件勵磁系統(tǒng)模型，以驗證控制策略及參數(shù)設計方法的正確性。
　　緊接著，對基于電

4、流源型變換器勵磁系統(tǒng)的單機無窮大Heffron-Philips模型進行了推導，從數(shù)學理論上驗證了其可以提升系統(tǒng)阻尼，進而提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。采用設計PSS的經(jīng)典相位補償法，以阻尼轉矩最大為設計目標對無功注入器進行設計，在Matlab/Simulink仿真平臺下建立基于電流源型變換器勵磁系統(tǒng)的單機無窮大系統(tǒng)。仿真結果表明電流源型全控器件勵磁系統(tǒng)可以顯著提升系統(tǒng)阻尼，性能優(yōu)越于傳統(tǒng)的晶閘管勵磁系統(tǒng)，并且設計的無功注入器也具有較好的魯棒性。<

5、br>　　最后，對電壓源型和電流源型變換器兩種全控器件勵磁系統(tǒng)拓撲結構，從起勵、滅磁過程，勵磁系統(tǒng)的控制、成本及壽命，網(wǎng)側濾波器及其諧波分析，大容量發(fā)電機的適用性等四個方面進行對比。結果表明，對于不采用級聯(lián)的勵磁系統(tǒng)主回路，電流源型全控器件勵磁系統(tǒng)其成本低，可靠性高，在開關頻率一定的情況下交流側諧波小，勵磁容量更大，具有優(yōu)勢；對于級聯(lián)型的電流源型勵磁系統(tǒng)與采用H橋并聯(lián)的電壓源型變換器勵磁系統(tǒng)，電流源型變換器由于不采用H橋斬波，其成本相對