基于自励式不控异步发电机的微型水力发电控制研究

【摘要】：近年来,分布式电源DG(Distributed Generation)越来越受到各国的重视,微型水力发电系统作为一种重要的分布式电源系统,应用极为广泛。在我国一些偏远地区,微型水资源丰富,且电网基本覆盖到这些区域,所以实现微型水力发电与电网互补是我国可持续发展战略中的重要组成部分。本文对自励式异步发电机做了系统研究,因自励式异步发电机输出电能的质量是研究微型水力发电系统的关键之一,通过分析其工作原理发现,自励式异步发电机带载能力差。当加负载运行时,发电机输出电压快速降落,通过分析励磁电容和转速的变化与自励式异步发电机的关系,得出其变化趋势,并加以控制;研究了一种微型水力发电系统功率回馈型拓扑结构,详细分析了该拓扑结构的工作原理,并对其主要器件选型做了精确计算,以达到当发电机输出功率高于用户负载所需功率时,余额功率通过整流逆变,以单位功率因数馈入电网的目的,并可改善电网末梢电能质量;通过分析机侧整流器和网侧逆变器的数学模型,分别设计了滞环电流控制策略和内环电流、外环电压的双闭环控制策略,实现以单位功率因数并网,并利用极点配置法给出了电压外环和电流内环控制的参数设计方法,利用MATLAB/simulink搭建了软件平台。搭建基于自励式异步发电机的微型水力发电系统实验平台,通过分析自励式异步发电机的输出电压和输出电流以及并网电流和电网电压的波形变化,验证系统稳定性和功率动态平衡,并通过分析各谐波含量,验证方案可行性和可靠性。 【关键词】：微型水力发电 自励式异步发电机 并网逆变器 功率因数
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM612
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 研究背景和意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-21
• 1.2.1 微型水力发电系统简介15-16
• 1.2.2 微型水力发电系统拓扑结构研究16-20
• 1.2.3 风力发电并网控制结构研究20-21
• 1.3 论文主要研究内容21-22
• 2 微型水力发电系统发电机选型及研究22-30
• 2.1 微型水轮机简述22
• 2.2 微型水力发电系统发电机的选型22-24
• 2.3 自励式异步发电机的工作原理24-28
• 2.3.1 异步发电机的数学模型24-26
• 2.3.2 自励式异步发电机建压分析26-27
• 2.3.3 自励式异步发电机等效电路27-28
• 2.4 自励式异步发电机工作特性研究28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 微型水力发电系统功率回馈方案研究30-41
• 3.1 微型水力发电功率回馈系统方案设计30-31
• 3.2 微型水力发电系统功率回馈拓扑研究31-35
• 3.2.1 机侧整流器的拓扑分析31-33
• 3.2.2 网侧逆变器的拓扑分析33-35
• 3.2.3 系统拓扑结构设计35
• 3.3 SPWM调制35-37
• 3.4 系统主电路参数设计37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 4 微型水力发电系统功率回馈控制研究41-53
• 4.1 功率回馈系统的总体控制结构41-42
• 4.2 机侧整流器控制分析42-44
• 4.2.1 机侧整流器数学模型42-43
• 4.2.2 机侧整流器控制分析43-44
• 4.3 网侧逆变器控制分析44-49
• 4.3.1 网侧逆变器数学模型44-45
• 4.3.2 网侧逆变器控制分析45-48
• 4.3.3 锁相环控制48-49
• 4.4 仿真模型与结果分析49-52
• 4.4.1 整流器不可控的系统仿真模型49-51
• 4.4.2 整流器可控的系统仿真模型51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 实验结果验证53-66
• 5.1 总体实验平台介绍53-54
• 5.2 系统硬件设计54-58
• 5.2.1 TMS320LF2407A的主系统54-55
• 5.2.2 IGBT驱动电路55-56
• 5.2.3 信号采样电路56-57
• 5.2.4 通讯电路设计57-58
• 5.3 系统软件设计58-60
• 5.3.1 主程序设计58-59
• 5.3.2 定时中断程序设计59-60
• 5.3.3 转速控制程序设计60
• 5.4 实验结果分析60-65
• 5.5 本章小结65-66
• 6 结论与展望66-70
• 6.1 本文工作总结66-67
• 6.2 今后工作的展望67-70
• 参考文献70-73
• 作者简介73

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