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

1、高速電機(jī)起動(dòng)/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(dòng)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(duì)兩級(jí)式高速低壓電機(jī)起動(dòng)/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(jí)聯(lián)時(shí)的相互影響等進(jìn)行研究。
　　論文回顧了起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)及高速電機(jī)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(diǎn)及最新進(jìn)展，歸納、總結(jié)了實(shí)際應(yīng)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(dòng)運(yùn)行時(shí)的直流母線電壓的穩(wěn)定性等典型問(wèn)題。
　　研究了三相電壓型中頻PWM整流器的預(yù)測(cè)直接功率控制策略。分析了高速低壓電機(jī)的輸出特性，建立了三相電壓型PWM整流器的低頻數(shù)學(xué)模型和開(kāi)關(guān)函數(shù)描述的高頻數(shù)學(xué)模型，根據(jù)瞬時(shí)功率理論，推導(dǎo)了三相電壓型PWM整流器的功率模型。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，計(jì)算電路參數(shù)。基于內(nèi)模原理，提出一種中頻三相電壓型PWM整流器的預(yù)測(cè)直接功率控制策

3、略，減少了后級(jí)功率變換器對(duì)高速電機(jī)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(duì)高速低壓發(fā)電機(jī)輸出電壓寬幅寬頻特性，整流后采用四管Buck-Boost變換器進(jìn)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(hào)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(diǎn)對(duì)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(jì)方法，提出一種輸入電壓前饋控制策略，抑制了輸入電壓對(duì)輸出電壓的擾動(dòng)。
　　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(fù)載功率前饋控制策略?；谒矔r(shí)功率理論，分析了PWM整流系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率的流向，在dq坐標(biāo)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(fù)載功率之間的關(guān)系。針對(duì)小容量直流母線電容系統(tǒng)的不穩(wěn)定問(wèn)題，提出基于負(fù)載功率前饋的預(yù)測(cè)直接功率控制

5、策略，實(shí)現(xiàn)了小電容系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
　　研究了起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)恒速電動(dòng)運(yùn)行時(shí)前級(jí)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(duì)象，分別分析了電壓控制和電壓電流雙閉環(huán)控制時(shí)二次紋波電流的傳播機(jī)理?；跓o(wú)源濾波的阻抗匹配原理，在中間母線環(huán)節(jié)加入LC無(wú)源調(diào)諧濾波器，提供了零阻抗支路，避免了脈動(dòng)電流向前級(jí)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(jí)聯(lián)系統(tǒng)直流母線電壓穩(wěn)定性的電機(jī)優(yōu)化控制策略。建立了高速電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩電流比控制的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了兩級(jí)式起動(dòng)/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(jí)變換器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在電機(jī)電壓的dq分量中補(bǔ)償直流母線電壓的波動(dòng)，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(jìn)行了大量的仿真和實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明