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能量回馈型双PWM调速系统及其负荷群的协调控制研究

汪万伟  
【摘要】:由PWM整流器和PWM逆变器构成的双PWM调速系统因具有可实现单位功率因数、能量双向流动等特点,而被越来越广泛地应用于海运、铁路、风力发电、钢铁加工等行业。在这种场合,往往有多个双PWM系统连接在同一母线上,构成开放式的双PWM动态负荷群,具有集群化的特点,这就使得双PWM系统之间容易相互影响,严重时,甚至可能导致整个负荷群难以正常工作。 本文为了解决以上问题,从以下两个方面做了大量的研究工作:一是如何提高双PWM系统的控制性能和抗干扰能力;二是如何进行负荷群的协调控制,将各负荷间的相互影响限定在可接受的范围内,避免重大事故的发生。具体包括以下内容: 首先,研究了三相VSR的工作原理、直接电流控制策略,以及直接功率控制策略。通过对直接电流控制策略的研究,提出了一套三相VSR的系统参数整定方案,有效地提高了控制系统的抗扰动能力。此外,还提出了将滑模变结构控制理论运用于三相VSR的直接功率控制系统,增强了系统的鲁棒性。 其次,研究了由PWM逆变器驱动的异步电机的矢量控制系统及其控制系统参数的理论设计方法,并借鉴三相VSR的参数整定方法,来对理论设计的参数进行修正,弥补了理论设计的不足。 第三,研究了双PWM的协调控制算法,采用主-从协同控制方案,使任一时刻网侧整流器的无功为0,而传送的有功则近似等于电机侧逆变器吸收(或回馈)的有功,从而有效地抑制直流侧电容充放电产生的泵升电压,提高双PWM控制系统的动态响应和抗干扰能力。 最后,研究了双PWM负荷群的协调控制策略。在建立双PWM负荷群的数学模型的基础上,分析了各负荷相互影响的原因;研究了负荷群协调控制的关键问题—负荷工况的辨识。具体做法是,由三相VSR的输入电压推算出母线电压之后,运用信号处理工具—短时傅里叶变换(STFT),提取母线电压基频的初相位和幅值的变化曲线,从而得到负荷群的工况,并在此基础上提出可行的负荷群协调控制算法。 本文的研究工作得到了国家自然科学基金(50777022)的资助。


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