The brushless doubly-fed machine (BDFM) can be used for variable speed constant frequency (VSCF) power generation without the brushes and slip rings. The BDFM has good application prospects in the field of ship shaft power generation, due to its simple and reliable structure, with the reduced capacity of the power converter in the drive system. The ship shaft power generation system has two operation modes: the stand-alone power generation mode and the parallel power generation mode. Besides, the ship shaft power generation system needs to operate stably under asymmetric loads. In order to make the ship shaft power generation system with high reliability and low cost, the position sensorless operation is also an urgent problem to be solved. This project will study the multi-mode operation control strategy of brushless doubly-fed ship shaft power generation system, with the aim of high dynamic response, high reliability and low cost of the whole system. The project research will focus on the rotor position observation method applicable to the stand-alone power generation, parallel power generation and asymmetric-load condition, the position sensorless model predictive control strategy for the stand-alone and parallel power generation modes, the enhanced control strategy in the asymmetric-load condition, the joint modeling theory and analysis method of the BDFM power generation system,and finally form the complete control, modeling and analysis methods for the BDFM power generation system. The research results will lay the foundation for the practical industrial application of the brushless doubly-fed ship shaft power generation system, and also be of great significance for BDFM's applications in other fields (such as wind power, hydroelectric power, etc.).
无刷双馈电机能以无刷运行方式实现变速恒频发电,结构简单可靠,同时可减小功率变换器容量,在船舶轴带发电领域有良好应用前景。船舶轴带发电系统有独立发电和并联发电两种运行模式,同时还需要在不对称负载条件下稳定运行。为了使系统具有高可靠性和低成本,无位置传感器运行也是亟待解决的问题。本项目拟开展无刷双馈船舶轴带发电系统多模式运行控制策略研究,以整个系统的高动态响应、高可靠性和低成本为研究目标,重点研究适用于独立发电、并联发电和带不对称负载运行的转子位置观测方法,独立发电和并联发电模式无位置传感器模型预测控制策略,不对称负载条件下的增强控制策略,并建立无刷双馈电机发电系统的联合建模理论与分析方法,最终形成一套完整的无刷双馈电机发电系统控制、建模与分析方法,为无刷双馈船舶轴带发电系统的实际工业应用奠定基础。研究成果对无刷双馈电机在其他领域(如风力发电、水力发电等)的应用也将具有重要意义。
为了实现无刷双馈船舶轴带发电系统多模式运行控制,提高系统的动态响应、可靠性并降低成本,本项目主要研究了无刷双馈电机的无速度传感器控制、预测电流控制、不平衡负载下的无速度传感器负序电压补偿和非线性负载下的低频谐波抑制。具体取得了以下进展:. (1)提出了基于功率绕组电压和控制绕组电流的无刷双馈感应发电机(BDFIG)转速观测器,既适用常规负载条件,也适用于不对称和非线性负载条件下的控制。此外,还提出了无速度观测器的直接电压控制方法。从而实现了BDFIG在多模式运行下的无速度传感器控制。. (2)提出了控制绕组模型预测电流控制方法;而后为了增强对电机参数变化的鲁棒性,又提出了无参数预测电流控制方法,提高了CW电流的控制精度。. (3)提出了不平衡负载下的无速度传感器负序电压补偿策略,包括基于速度观测器的控制策略和无速度观测器的控制策略,改善了不平衡负载条件下的BDFIG控制性能。. (4)提出了非线性负载下的低频谐波抑制策略,包括基于电机侧变换器的抑制策略、基于负载侧变换器的抑制策略和基于双侧变换器的统一抑制策略,提高了非线性负载条件下BDFIG控制性能。. 以上工作基本形成了一套完整的面向船舶轴带发电应用的无刷双馈电机控制、建模与分析方法,为后续的实际工业应用提供指导性理论依据。研究成果对无刷双馈电机在其他领域(如风力发电、水力发电等)的应用也将具有重要意义。
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数据更新时间:2023-05-31
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