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船舶轴带无刷双馈电机并网发电控制研究
| 论文题名： | 船舶轴带无刷双馈电机并网发电控制研究 |
| 关键词： | 船舶轴带发电系统;无刷双馈电机;并网运行;滑模控制;抗干扰性能 |
| 摘要： | 船舶轴带发电系统能够有效提高主机对能源的利用效率，对船舶而言具有节能增效的作用。无刷双馈电机是一种具有特殊定转子结构的新型交流感应电机，它取消了集电刷、滑环，具有高可靠、长寿命、长期运行成本低等优点，作为轴带发电机受到了广泛关注。但它复杂的定转子结构和复杂的非线性系统特性，使得轴带发电系统并入船舶主电网易产生冲击干扰，影响船舶电网的安全稳定。因此，本文以船舶轴带绕线式无刷双馈电机为研究对象，基于电机的物理结构、工作原理和动态数学模型，研究抗干扰能力强的并网控制策略，同时针对变换器提出有效的直流侧电压稳定控制方法，并通过Simulink验证数学模型的正确性和控制策略的有效性。主要研究内容如下： 首先，建立无刷双馈电机的动态数学模型。总结无刷双馈电机结构的发展与控制策略研究现状，以定转子结构为基础，分析其内部定转子磁动势，进一步研究其运行机理、等效电路和运行模式。为了得到优异的电机控制性能，基于坐标转换和静止A-B-C坐标系下的动态模型，进一步将旋转坐标系以不同角速度旋转得到转子速和双同步速d-q旋转坐标系下数学模型。 其次，设计矢量并网控制策略。基于M-T坐标系下定子双同步速数学模型得到电机空载模型，提出电机空载并网矢量PI控制策略。该控制策略根据磁场定向机理，使同步旋转坐标系下的M轴与功率绕组磁链方向重合，推导功率绕组输出端参数、控制绕组电流和电压之间的电磁关系。 然后，设计滑模并网控制方案。结合滑模控制技术与矢量控制技术，在滑模变结构控制的基础上，提出基于指数趋近律的高阶滑模空载并网控制策略。由于并网前后控制策略不同，基于“分开建模、分时仿真”思想，建立电机并网控制、运行控制统一模型；对理想情况、电网电压波动、电机参数摄动情况下电机端电压跟踪过程进行仿真分析,以及高阶滑模并网全过程分析。 最后，设计功率绕组侧变换器滑模控制策略。针对功率绕组侧变换器采用线性控制器时系统起动响应能力差，动态特性差，提出一种电压外环、电流内环均采用滑模变结构控制的非线性控制方案。利用Simulink仿真平台进行实验，并与功率解耦控制、负载功率反馈控制进行对比。 |
| 作者： | 刘春勇 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 高岚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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