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

1、變速恒頻發(fā)電技術是微型燃氣輪機發(fā)電、風力發(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)電機與功率變換器是其不可缺少的兩個關鍵部件?；旌蟿畲磐桨l(fā)電機兼具永磁電機的高效率和電勵磁電機勵磁可控的優(yōu)點，具有較寬的轉速適應范圍，在變速恒頻分布式發(fā)電系統(tǒng)中具有良好的應用前景。矩陣變換器沒有中間直流儲能環(huán)節(jié)，可同時實現(xiàn)正弦化的輸入電流與輸出電壓，具有結構緊湊、功率密度高的優(yōu)點。因此，混合勵磁同步發(fā)電機與矩陣變換器兩者的結合，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。
　　本文的研究內(nèi)容主要圍繞基于矩陣變換器與混合勵磁同步發(fā)電機組合的變速恒頻分布式發(fā)電系統(tǒng)的控制技術展開，采用理論分析、仿真研究和實驗驗證相結合方法，重點對矩陣變換器的調制策略、并網(wǎng)控制技術、有源阻尼控制技術以及發(fā)電系統(tǒng)運行的閉環(huán)控制方法進行研究。
　　矩陣變換器的調制策略是保障其穩(wěn)定運行的基礎，本文深入研究了矩陣變換器瞬時值雙線電壓合成調制策略，針對矩陣變換器輸入輸出

3、扇區(qū)組合數(shù)較多，控制實現(xiàn)復雜的特點，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)律有機結合，使輸出電壓扇區(qū)由6個減少為3個，從而將扇區(qū)組合數(shù)由傳統(tǒng)的36種減少為18種，簡化了瞬時值雙線電壓合成策略的數(shù)字化實現(xiàn)過程。
　　矩陣變換器的并網(wǎng)控制是實現(xiàn)變速恒頻分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行的前提。本文將矩陣變換器的瞬時值雙線電壓合成調制策略與基于電網(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際開關調制過程中存在的窄脈沖對換流安全性與并網(wǎng)電流質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)基礎上，提出了一種基于雙邊斬波與單邊斬波相結合的混合斬波方式的窄脈沖補償方法，對于正常脈沖狀態(tài)采用雙邊斬波方式，對于窄脈沖狀態(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、同時對其它脈沖的作用時間進行修正，從而保證輸出電壓在一個開關周期內(nèi)的平均值不變，有效地減小了并網(wǎng)電流的畸變。
　　針對矩陣變換器的輸入源為發(fā)電機的運行情況，本文研究了利用發(fā)電機電樞繞組電感與外接電容構成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)的小信號狀態(tài)方程，利用李亞普諾夫穩(wěn)定性理論對輸入濾波器、矩陣變換器、感性負載中各參數(shù)的變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進行了分析。在此基礎上，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定運行區(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。
　　在混合勵磁同步發(fā)電機與矩陣變換器組合的發(fā)電系統(tǒng)中，具有勵磁電流和矩陣變換器調制比兩個系統(tǒng)控制變量。針對這一優(yōu)勢，本文提出了應用于該發(fā)電系統(tǒng)的兩級式閉環(huán)控制策略，前級利用勵磁電流對發(fā)電機端電壓進行閉環(huán)控制，降低了原動機轉速波動對矩陣變換器輸入輸出性能的影響。后級矩陣變換器的變調制比閉環(huán)控制可根