100MVA脈沖發(fā)電機(jī)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(xué)建造運(yùn)行的中型托卡馬克裝置，其前身是美國得克薩斯州立大學(xué)TEXT-U裝置。100MVA飛輪儲(chǔ)能脈沖發(fā)電機(jī)組是J-TEXT裝置的主供電電源，隨TEXT-U裝置一起贈(zèng)送我國并完成了重建和運(yùn)行。機(jī)組由一臺額定功率1417kW的三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行，機(jī)組設(shè)計(jì)額定轉(zhuǎn)速為713轉(zhuǎn)/分，該轉(zhuǎn)速下機(jī)組儲(chǔ)能為185MJ。脈沖發(fā)電機(jī)組的額定參數(shù)是根據(jù)美國電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)（12kV/60Hz）的，在中國電網(wǎng)參數(shù)（1

2、0kV/50Hz）下運(yùn)行轉(zhuǎn)速只能達(dá)到原來的5/6，機(jī)組儲(chǔ)能只能達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)的70％，總儲(chǔ)能的不足影響了J-TEXT裝置放電運(yùn)行參數(shù)的提高，因此需要對100MW脈沖發(fā)電機(jī)組進(jìn)行升速改造。
　　本文以脈沖發(fā)電機(jī)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(jié)構(gòu)與控制方法等進(jìn)行了深入研究，針對100MVA脈沖發(fā)電機(jī)組的實(shí)際情況設(shè)計(jì)了一套雙饋調(diào)速系統(tǒng)，并通過仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3、了控制策略與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。
　　本文設(shè)計(jì)了以電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流為控制目標(biāo)的雙饋調(diào)速系統(tǒng)控制策略，該策略以定子磁鏈?zhǔn)噶慷ㄏ虻腗T坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，采用電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流MT軸分量雙閉環(huán)的控制方法，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流MT軸分量的獨(dú)立控制。為了精確計(jì)算MT坐標(biāo)系的定向矢量，研究了定子磁鏈觀測器的結(jié)構(gòu)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(jì)算了轉(zhuǎn)子M軸電流的給定值。
　　為了精確測量電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組與定

4、子磁鏈?zhǔn)噶康膴A角，為轉(zhuǎn)子電壓電流的坐標(biāo)系變換提供依據(jù)，本文設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)特性要求，分析了其控制參數(shù)的取值范圍，針對實(shí)際應(yīng)用中的信號干擾問題，設(shè)計(jì)了變參數(shù)的PI控制策略。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了觀測器設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。本文設(shè)計(jì)了在交流側(cè)電壓矢量定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)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(biāo)，采用

5、雙閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)。仿真實(shí)驗(yàn)證了控制策略的正確性。針對變頻器用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的情況，研究了逆變側(cè)輸出端RLC低通濾波器的設(shè)計(jì)方法。
　　在前述研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了J-TEXT裝置100MVA脈沖發(fā)電機(jī)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(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電路均作了詳細(xì)介紹，通過功率輸出實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了變頻器的控制方法；針對脈沖發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，研究了雙饋調(diào)速系統(tǒng)在脈沖發(fā)電機(jī)組各工況下的斷路器動(dòng)作順序與控制方法；設(shè)計(jì)了三層結(jié)構(gòu)的