独立并行操作的异步发电机输送动态性的电子负载控制器.docx

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独立并行操作的异步发电机输送动态性的电子负载控制器

编号：

毕业设计（论文）外文翻译

（译文）

院（系）：

机电工程学院

专业：

电气工程及其自动化

学生姓名：

梁永

学号：

0800120122

指导教师单位：

机电工程学院

姓名：

黄知超

职称：

副教授

2012年5月20日

独立并行操作的异步发电机输送动态性的电子负载控制器

摘要

本文提出了一种研究电压和频率的控制器（由变频控制）,其功能相当于异步发电机IAGs相隔离的改良的电子负载控制器（IELC）在自治水电站发电系统中并行操作。

在这种类型的水电方案整个发电系统独立地供电给偏远的社区。

实现单点操作这些发电机,就像有这样一个惯性：

在不同操作条件下发电机的励磁电容、速度、载荷、电压、电流保持不变。

该控制器由一个3脚的IGBT（绝缘门双极晶体管）、基于电压源变换器（VSC）和带辅助负载的直流斩波直流母线VSC组成。

IELC用不同耗载下控制电压和频率来同时控制无功和有功功力。

随着通过单点运行控制电压和频率和油压驱动IAGs水电涡轮机驱动控制负载,IELC满足电能质量标准IEEE,它会在总谐波畸变（容器）的终端电压和电流5%的范围内。

这里提出的电气系统在MATLAB环境下用Simulink，PSB（电力系统Block-set）工具箱来建模。

仿真结果证明所提出的：

可以有一个控制器控制独立发电系统。

关键词:

平行操作独立异步发电机、电压及频率控制器、单点操作、水电

1.简介

在偏远的村庄、岛屿、军事领域、船舶等方面的某些领域存在的主要问题是独立的电力系统电网，需要独立发电系统。

然而由于持续消耗的化石燃料,关注全球变暖，最主要的是本地可用资源的自然资源增加了诸如风力发电、小型水力发电等。

鼠笼型异步电机有几个优点：

有独立的电力供应,例如不需要一个外部电源产生磁场,减少维护、由于转无刷子，所以它结构简单坚固。

然而IAGs主要的缺点是无功功率消耗、低电压、不同负荷下的频率调整率和速度,但静电源转换器的发展促成了输出电压的控制、调查电压、频率控制器完成了IAGs的再生能源领域的应用。

此外,这些潜在的可再生能源可能位于附近的地方可采用。

除了它,负载可能超过单个的能力。

因此这些发电机并网运行显得十分必要。

再者，单控制器也可以用于发电机控制系统的电压和频率。

本文阐述了一种电压和频率控制器对于并联运行的异步发电机隔离恒功率控制。

这样的一个系统的研究是有关于增加IAGs的负荷需求与并行操作，比起传统电机，它更有效，因为不需要同步。

然而,只有少数尝试在该地区建模,恒稳态的分析和并行操作的电压调节。

因此,这里的尝试被用作探讨电压和并行运行控制的IAGs频率控制器。

2.系统配置和控制策略

操作的基本原理表明了电子负载控制器是一个连续无功功率变化需求的系统，这是由于用不同负载来调节电压,而系统通过控制斩波开关直流母线和辅助负荷和来调节频率。

辅助负荷吸收不同的是发电功率和不同负荷时的功率。

因此,用这种方法控制器不但能控制有功功率而且能控制无功功率来规范IAGs的电压和频率。

图1显示了IAGs并行操作系统的基本结构,独立的励磁电容、电压和频率控制器和耗载。

三相电容器用于电机激励和无负载时的额定电压励磁电容值。

这IAGs产生恒功率和停电的时候耗载变化,IELC的直流斩波吸收不同的电能（产生-消耗）成为辅机负荷。

因此产生的电压和频率没有受到影响,并保持恒定直至改变耗载。

IGBT是由一个基于拥有直流母线电容器、直流斩波器、交流电感的电流控制器:

3-legVSC组成。

Vsc的输出通过交流滤波电感连接到IAGs终端。

直流母线的电容器是用来过滤电压波动和提供自营直流母线。

直流斩波器是一种通过改变耗载来控制剩余功率的控制器。

图二显示调节IAGs的电压和频率控制器的控制方案。

控制方案是基于参考源电流。

同向振幅（ua，ub，uc）是三相正弦函数，它通过振幅Vt可以推出交流电压。

另一组正交的振幅（wa,wb和wc）从同步向量（ua，ub，uc）得到正弦曲线功能。

为了规范AC终端电压（v）,拿它与参考电压（Vtref）作比较。

图1IAG并行操作系统,提出了一种改进的电子负载控制器

图2原理图控制方案,提出了一种改进的电子负载控制器

其电压误差进行PI电压控制器。

输出的PI（比例积分）控制器对交流电压控制回路是由无功电流幅值决定的。

余出的发电功率除了耗在直流斩波中所吸收的,辅机负载电阻用直流母线电压PI控制器。

Vsc的控制器直流总线电压与其参考电压值作比较。

PI控制器处理直流母线电压的误差。

输出的PI控制器与三角载波的发生的信号,斩波开关（IGBT）作比较。

3.控制算法

3-脚电压转换器的一个直流斩波开关电压和频率控制建模的控制方案给定如下:

电子负载控制器并行操作孤立的异步发电机输送动态性。

3.1参考源电流的相位分量

对于恒功率的应用,IAGs应该产生恒有源功率满足耗载,或辅助负荷（Rd）控制器。

对于调节恒功率,同相分量的参考电流源设置等于额定振幅有源功率组成的电流为:

（1）

瞬时线电压在IAGs终端（Va,Vb,Vc）被认为是正弦型的，其振幅由下组成：

（2）

统一振幅模板具有瞬时值同相位瞬时电压（Va,Vb,Vc）定义如下:

（3）

源电流组成的同步瞬时值大概估为:

（4）

3.2正交分量的参考电流源

电压误差自动取样第N次采样瞬间为：

（5）

PI控制器的输出（I*smq（n））能保持在N次采样瞬间不断交流终端电压定义如下：

（6）

Kpa和Kia的比例积分获得常数的比例积分（PI）控制器（数值见附录）。

瞬时正交组件的参考源的电流估计为:

（7）

Wa,Wb和wc是一组差90°相移的向量，向量UaUbUc定义如下：

（8）

（9）

（10）

3.3参考电流源

总参考源的电流之和同步和正交组件的参考源的电流为:

（11）

（12）

（13）

3.4PWM电流控制器

参考源电流

和

与预期的源电流

和

相比。

当前计算错误为:

（14）

（15）

（16）

放大这些电流误差并与固定频率（10kHz）三角波为VSC的IGBTs产生信号。

3.5控制斩波器的直流母线

为了维持VSC公共直流母线电压恒定不变,直流电压N次采样瞬间的误差为：

（17）

Vdcref是CC-VSC的参考直流电压和预期的伏直电压。

输出电压PI控制器在N次瞬时采样结果为：

（18）

Kpp和Kpi比例积分获得常数的直流母线电压控制器。

PI控制器输出与其输出反馈到控制器的斩波开关门（IGBT）相比。

4控制器的设计

对于一个三相三线制的系统，为了证明电子负载控制器是基于三脚VSC，本节给出了详细的设计过程。

控制器参数被设计有两个IAGs总功率为22.5千瓦,415伏,50HZ独立水电发电系统。

报告表明无功功率的供给0.8pf的无功负荷要求IAGs滞后130%-160%的额定产生电力。

因此VAR评级控制器应当为22.5kW发电机30kVAR（）左右。

功率SA如下给出：

（19）

因此当前整流器为：

峰值电压为

，通过滤波电感器，此峰值电流脉动（考虑5%的峰值电流）可以估为:

脉动电流、平均电流值、滤波电感、电容直流环节、辅助负载电阻值可以预计为：

这里调制指数（ma）大概等于'1',波纹通过电感电流,超载因子（集）由于瞬态条件下不同比例从120%上升到180%,开关频率是10kHz。

滤波电感、电容和直流环节电压,设计的三脚vsc可以计算类似于参考值：

1）计算滤波电感值

2）直流环节电压的选择如下，直流环节电压的选择要如下（20）的规则：

（20）

这个计算值677V附近的圆了Vdc的价值选择700V。

直流环节的电容器可以预计在考虑波纹电压它。

在不平衡负载的情况下,基本的电流通过的IELC万顺昌以及补偿二阶谐波,电容器的价值取决于以下方程。

（21）

Iavg平均电流流过IELC。

该电流可以考虑为单相负荷的负荷平衡,平均电流是90%的补偿电流（Ic=52A）。

如果Vdc的电压纹波为其自身的2%,那么,

这个计算值Cdc=5323µF,IELC先前的设计接近6000µF值，。

3）辅助负载电阻（日）可以计算为:

（22）

Rd的值定为21Ω为了给控制器一个广泛的控制。

PR是发电机额定功率,这是IELC空载时的值。

该Rd计算值与一系列的斩波逆变器有关。

4）额定电压和电流开关

VSC设备电压和电流等级可以计算为:

（23）

（24）

电流斩波开关的额定电压的计算为

（25）

这些计算值,如表1：

5MATLAB建模的基础

图3–4表明了基于MATLAB所提出的随异步发电机系统的并行操作独立控制器模型。

主要发电系统由操作独立的异步发电机、励磁电容、电压及频率控制器带有平衡或不平衡,线性-非线性的负载。

图3显示了电气发电系统的完整模型，而图4（a）和4（b）显示vsc的子系统控制和斩波控制。

通用桥是用来模拟电压源转换控制器和三相桥式整流二极管为非线性负载。

该系统用15kW、415V,50HZ,Y型连接7.5kW、415V,50HZ,Y型异步电机IAGs进行建模。

三角型连接电容器具有等级9kVAR和5kVAR，用于空载额定电压发电。

在MATLAB环境下进行了使用仿真版本7.1（23tb/TR-BDF-2颂）求解，附录给出了其他有关资料。

6结果讨论

提出的应用模型IAGs并联操作系统控制器输送线性/非-线性、平衡或非平衡的负载模拟和波形发生器电压（vabc）和电流（iabc1）和（iabc2）,电容电流（icca1,icca2）,负载电流（ilabc）,控制器的电流（icabc）、终端电压（vt）,直流环节电压（vdc）、频率（f）和两个发电机的速度（w1,w2），如图5-6所示。

7.5kW、415伏,50赫兹和15kW、415伏,50赫兹异步电机被用来作为IAGs平行操作和参数附录。

6.1IAGs控制器系统的性能输送线负载

图5显示了平衡/非平衡的三角型连接电阻负荷控制器系统的性能。

在2.5秒平衡每个7千瓦的三相负载用于每相之间，然后控制器所控制的电流（icabc）是突然减为发电机电流,这反过来维持系统频率不变。

打开负载在2.6秒的相,然后其相在2.7秒,负载变得不平衡，,显示了系统的负载平衡。

（a）

（b）

图4

（一）vsc子系统控制（b）子系统的斩波控制

6.1IAGs控制器系统的输送非线性负荷的性能

图6显示了IAGs控制器系统并行操作输送平衡/不平衡的非线性负载使用三相二极管整流器和L-C在其直流侧的过滤器。

平衡的非线性负载用于电流控制器这些成为为了消除非线性谐波电流。

6.2电能质量因素

图7和图8演示谐波消除控制器的性能。

这儿观察到,非线性负荷、谐波注入的供应。

在应用程序在全负载时,负载电流有26.30%的总谐波畸变（thd）,是一种近似终端电压的补偿控制器,控制器-1电流和控制器-2电流当前分别为全部的1.01%、为59%和1.53%如图7所示。

在某一相的负载,负载变得不平衡和thd电流提供了37.53%电流，谐波谱如图8所示中。

在这种情况下的近似终端电压、电机1和电机2的电流分别为1.27%、1.59%和1.39%,这远低于所限定的IEEE-标准。

6.4IAGs-控制器系统输送电动机负荷的性能

图9所示，在感应电动机负载上应用或删除负载转矩的控制器程序。

不同的瞬态波形的发电机电压（Vabc）和发电机电流（iabc1和iabc2）、励磁电容电流（icca）、负载电流（ilabc）、速度感应电动机的负载（wm）、负载转矩（TL）,控制器电流（icabc）、振幅额-minal电压（Vt）、直流环节电压（Vdc）,频率

（1）、发电机的速度（w1w2）和电机应用负载转矩（TL）、功率（Pgen1,Pgen2,Pload和Pdump）等显示的IELC对其性能进行了研究。

在2.4中负载转矩是应用于正在运行的电机如图9所示,那么当前增加电机的定子绕组（ilabc）和（icabc），该控制器由于动作控制器的电压和电流减少时发电机终端保持不变。

在2.75秒,当对移除电机负载转矩，附加生成的能量被负载时的控制器吸收。

通过这种方式,控制器被用作电压和频率控制器。

图8波形和谐波谱在不平衡非线性负载条件下生成的电压（va）电机1电流（ia1）电机2电流（ia2）负载电流（ilc）

7结论

由可恒功率应用程序由未控制的微型水电涡轮机以观察到，所提的控制器被证实为并行操作异步笼型电机。

控制器有足够的电压和频率保持谐波补偿和负载平衡。

此外,它导致了一通过调节电压、频率、负载及电容恒定值单点运行发电机。

图9改善异步电动机的电子负载控制器应用和移除负载转矩IAGs并行操作的瞬态波形

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