交流传动系统直流侧电压稳定控制策略研究

摘要

交流传动系统作为现代工业和交通运输业的典型系统已经广泛应用于高速铁路、航空航天和舰船动力推进等多个领域。随着“十三五”规划的开展和实施，交流传动系统必将得到更加广泛的应用，其重要性愈加明显。本文以典型交流传动系统为研究对象，分析交流传动系统直流侧电压发生波动的各种原因，通过提出抑制直流侧电压振荡的有效控制策略，以提高交流传动系统稳定性。
　　本文首先介绍了交流传动系统的发展现状及主要研究方向，确定了本文的研究内容及主要工作。基于不同坐标系下感应电机的数学模型，采用按转子磁链定向的控制方法，对其进行控制系统设计，并详细给出控制系统双闭环控制器参数设计方法。
　　之后，以Middlebrook提出的级联系统阻抗分析方法为基础，结合Nyquist稳定性判据，确定采用可靠有效的ESAC判据作为传动系统稳定性分析标准。为支持系统稳定性分析和后文理论研究，论文从电力电子变换器典型级联系统分析的角度出发，运用小信号意义下的建模方法，通过推导传动系统各参数之间的传递函数，建立传动系统前后级变换器的阻抗模型。并将其用于研究交流传动系统所表现出的恒功率特性对系统稳定性造成的影响，讨论引起交流传动系统直流侧电压发生振荡的根本原因。
　　然后，论文对稳定交流传动系统直流侧电压的控制策略进行了研究。先就相关电气、控制及运行因素变化对交流传动系统直流侧电压影响加以讨论，明确了提升直流侧电压稳定性的控制方案。根据分析结果，提出了虚拟电容和虚拟电阻的控制策略;并基于不同的补偿机理，对比了修正电流指令与修正电压指令两种控制方式的作用效果。研究了控制器参数变化对系统稳定性和带宽的影响，通过设计灵敏度函数用于表征控制策略与原有系统动态性能之间的联系，并对所提出控制策略进行大量频域分析，结合稳定性判据验证其合理性。
　　本文通过MATLAB/Simulink仿真软件，搭建包含非理想交流源的传动系统仿真模型。通过观察传动系统各参数时域波形与变化趋势，对比前文的理论分析与研究结果，对提出的控制策略进行了仿真验证。结果表明，理论分析与仿真结果具有良好的一致性，证明控制策略准确有效。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 交流传动系统研究现状与发展趋势

1．2．1 交流电机控制技术研究现状及发展方向

1．2．2 交流传动系统稳定控制技术研究现状及发展方向

1．3 本文主要研究内容

第2章 感应电机建模与控制

2．1 感应电机的三相数学模型

2．2 坐标变换

2．2．1 坐标变换的基本思想

2．2．2 三相—两相变换(3s／2s变换)

2．2．3 两相静止—旋转正交变换(2s／2r变换)

2．3 dq旋转坐标系下的三相感应电动机数学模型

2．4 转子磁场定向矢量控制

2．5 感应电机控制系统设计

2．5．1 q轴控制器设计

2．5．2 d轴控制器设计

2．5．3 控制系统仿真

2．6 本章小结

第3章 传动系统阻抗模型及稳定性分析

3．1 感应电机传动系统阻抗模型

3．1．1 变频器—感应电机系统输入阻抗分析

3．1．2 直流侧输出阻抗分析

3．2 传动系统稳定性分析方法

3．2．1 阻抗分析方法

3．2．2 ESAC判据

3．3 交流传动系统稳定性分析

3．4 本章小结

第4章 直流侧电压稳定控制策略研究

4．1 基于虚拟电容的稳定控制策略研究

4．1．1 修正电流指令的控制策略研究

4．1．2 修正电压指令的控制策略研究

4．2 基于虚拟电阻的稳定控制策略研究

4．3 本章小结

第5章 控制系统仿真与结果分析

5．1 基于虚拟电容的控制策略仿真与分析

5．1．1 修正电流指令的控制方式仿真分析

5．1．2 修正电压指令的控制方式仿真分析

5．2 基于虚拟电阻的控制策略仿真与分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和取得的科研成果

致谢