高速低壓電機起動-發(fā)電功率變換關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高速電機起動/發(fā)電技術(shù)可以降低系統(tǒng)體積重量，提高系統(tǒng)的功率密度和可靠性，將推動高效節(jié)能產(chǎn)業(yè)、分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。論文針對兩級式高速低壓電機起動/發(fā)電功率變換的中頻PWM整流器技術(shù)、寬輸入電壓范圍雙向DC-DC變換器、小容量直流母線電容整流技術(shù)以及變換器級聯(lián)時的相互影響等進行研究。
　　論文回顧了起動/發(fā)電系統(tǒng)及高速電機的研究現(xiàn)狀，分析了功率變換單元中頻PWM整流技術(shù)和雙向DC-DC變換器的研究熱點及最新進展，歸納、總結(jié)了實際應用

2、中的小容量直流母線電容整流技術(shù)、雙向DC-DC變換器輸入電流紋波以及電動運行時的直流母線電壓的穩(wěn)定性等典型問題。
　　研究了三相電壓型中頻PWM整流器的預測直接功率控制策略。分析了高速低壓電機的輸出特性，建立了三相電壓型PWM整流器的低頻數(shù)學模型和開關(guān)函數(shù)描述的高頻數(shù)學模型，根據(jù)瞬時功率理論，推導了三相電壓型PWM整流器的功率模型。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計指標，計算電路參數(shù)?；趦?nèi)模原理，提出一種中頻三相電壓型PWM整流器的預測直接功率控制策

3、略，減少了后級功率變換器對高速電機的諧波影響。
　　研究了一種寬輸入電壓范圍雙向四管Buck-Boost變換器的輸入電壓前饋控制策略。針對高速低壓發(fā)電機輸出電壓寬幅寬頻特性，整流后采用四管Buck-Boost變換器進行直流穩(wěn)壓。建立了電感電流連續(xù)模式下四管Buck-Boost變換器的非理想小信號模型，分析了四管Buck-Boost變換器不同工作模式的暫態(tài)特性與變換器參數(shù)的關(guān)系，研究了輸入輸出參數(shù)變化以及右半平面零點對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性

4、的影響，給出電壓模式控制系統(tǒng)參數(shù)的最佳設(shè)計方法，提出一種輸入電壓前饋控制策略，抑制了輸入電壓對輸出電壓的擾動。
　　研究了小容量直流母線電容的三相電壓型中頻PWM整流器的負載功率前饋控制策略。基于瞬時功率理論，分析了PWM整流系統(tǒng)的有功功率和無功功率的流向，在dq坐標系下，研究了PWM整流器的濾波電容容量與線路等效阻抗、母線電壓幅值和負載功率之間的關(guān)系。針對小容量直流母線電容系統(tǒng)的不穩(wěn)定問題，提出基于負載功率前饋的預測直接功率控制

5、策略，實現(xiàn)了小電容系統(tǒng)的可靠運行。
　　研究了起動/發(fā)電系統(tǒng)恒速電動運行時前級DC-DC變換器輸入低頻紋波的抑制方法。以四管Buck-Boost變換器為研究對象，分別分析了電壓控制和電壓電流雙閉環(huán)控制時二次紋波電流的傳播機理?；跓o源濾波的阻抗匹配原理，在中間母線環(huán)節(jié)加入LC無源調(diào)諧濾波器，提供了零阻抗支路，避免了脈動電流向前級傳遞?；陔娏鞣聪蛟鲆?zhèn)鬟f函數(shù)Ai(s)=iin(s)/io(s)，提出一種在平均電流控制的外環(huán)加入陷波

6、器的有源控制方案，有效抑制了輸入電流的低頻紋波。
　　論文提出一種提高級聯(lián)系統(tǒng)直流母線電壓穩(wěn)定性的電機優(yōu)化控制策略。建立了高速電機的最大轉(zhuǎn)矩電流比控制的數(shù)學模型，推導了兩級式起動/發(fā)電變換器直流側(cè)輸入阻抗，基于阻抗匹配判據(jù)，分析了兩級變換器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在電機電壓的dq分量中補償直流母線電壓的波動，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定裕度，在不增加額外硬件和不改變控制結(jié)構(gòu)的情況下提高了直流母線穩(wěn)定性。
　　論文進行了大量的仿真和實驗，研究結(jié)果表明