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原文传递船用轴带无刷双馈发电系统负载侧变换器稳定性研究

论文题名：	船用轴带无刷双馈发电系统负载侧变换器稳定性研究
关键词：	船舶发电系统;无刷双馈电机;电流变换器;阻尼特性;稳定性;锁相环;数字控制
摘要：	随着化石能源的逐渐枯竭，新能源的开发、能源利用效率的提高为越来越多的人所关注，采用轴带发电能充分利用主机富裕功率减少了轻质柴油的使用，降低船舶运营成本。同时，无刷双馈发电系统仅需要转差功率的变换器，又取消了电刷和滑环结构进一步降低了系统的维护成本，更适用于船舶发电系统。而无刷双馈电机负载侧变换器通过滤波器接于电机功率绕组侧，由于漏电感的存在，对负载侧变换器的滤波器性能及其稳定性产生了影响。本文以基于LC滤波器的负载侧变换器为研究对象，研究了发电系统独立运行时负载侧变换器的阻尼特性及其稳定性问题。首先分析了变换器输出电流和负载电压的谐波特性，指出由于无刷双馈电机定子功率绕组漏电感不可忽略与LC滤波器构成LC-L滤波结构。为了实现该LC-L结构下负载侧变换器的稳定控制，建立了该结构下两相旋转dq坐标系下的数学模型，并推导了dq坐标系下采用电压和电流双闭环控制的结构框图。根据控制框图指出常规PCC点电压前馈在该LC-L结构下形成了电压反馈支路，改变了被控对象的传函。进而本文分别从准确的nyquist图分析的角度与物理意义清晰便于理解的框图等效变换的角度推导了被控对象的阻尼特性与滤波器参数之间的关系。　　本文针对被控对象呈现出正、负阻尼两种情况，分别分析了对应情况下满足系统稳定性要求的控制器参数设计的约束条件，并对比了两种情况下系统的鲁棒性。通过对比分析指出，当被控对象呈现出正阻尼特性时系统具有较好的鲁棒性。因而本文提出当滤波器参数满足被控对象正阻尼特性约束时，利用系统固有阻尼特性而不外加有源或者无源阻尼实现系统的稳定。并在此基础上推导了PCC点电压THD与滤波器参数之间的解析关系，基于常规滤波器设计准则给出了满足本文滤波性能及稳定性要求的滤波器参数设计准则。针对滤波器参数不满足被控对象正阻尼特性约束的情况，本文定性分析了采用电容电流反馈有源阻尼进行被控对象阻尼特性调整的可能性。提出在被控对象呈现出负阻尼的情况下采用外加阻尼来增强系统的鲁棒性。此外分析了锁相环对稳定性的影响，本文针对单同步坐标系锁相环建立了其数学模型，并分析了锁相环对电流环传递函数的影响，推导了考虑锁相环影响后电流环的传递函数。基于此传递函数给出了锁相环参数对电流环稳定性的影响分析及其nyquist分析与plecs仿真验证。为锁相环路控制器参数的设计提供了一定的指导，保证了电流环稳定性分析的完整性。为了证明理论分析的正确性，本文在每一章节后给出了基于PLECS仿真平台的仿真验证。最后，根据前面的分析为一个64kW的轴带无刷双馈电机实验平台设计了滤波器参数以及保证其稳定的电流环、锁相环和电压环控制器参数。通过实验分别从被控对象正、负阻尼两种情况验证了以上理论分析的正确性与可靠性。
作者：	汪美林
专业：	电气工程
导师：	林桦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文