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超导磁储能系统的功率调节器

作　者: 罗江虎
导　师: 赵勇
学　校: 西南交通大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 超导磁储能系统 电压源型功率调节器 电流源型功率调节器 PWM整流器 闭环控制 MATLAB/SIMULINK仿真软件 总谐波失真(THD)
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,缩写为SMES)是将电能转换为电磁能存储在超导线圈,需要时再将电磁能返回电网或负载。SMES系统首先是由Ferrier在1969年提出的,作为一种新型的储能方式,以其能够提高电力系统稳定性,改善电能质量,存储效率高,反应快速等特点越来越受到人们的关注。变流器是SMES系统中超导线圈与电网相连接的桥梁,一般把变流器及其控制电路称之为功率调节系统(Power Conditioning System,缩写为PCS)是超导磁体和电网之间的能量转换单元,是超导磁储能系统的关键技术之一。目前功率调节系统常采用PWM变流器控制技术,它能够快速、独立地控制四象限有功和无功功率,动态响应速度快,抑制谐波产生等优点。根据电路拓扑结构的功率调节系统可以分为电流源型(Current Source Converter, CSC)和电压源型(Voltage Source Converter, VCS)两种基本结构。本文分别介绍了电压源型和电流源型功率调节器的基本原理和拓扑结构,建立了电压源型变流器和斩波器的数学模型,设计了具有前馈解耦控制的PWM整流器双闭环控制系统,并运用MATLAB/SIMULINK进行了仿真分析。此外,建立了电流源型变流器的数学模型并采用离散化状态反馈解耦控制方法分析模型,以超导磁体电流控制作为外环控制,而有功和无功电流控制作为系统的内环控制,改进的双闭环控制方法来设计电流源型控制系统,并通过MATLAB/SIMULINK仿真软件进行仿真分析。最后,仿真结果表明PWM整流器闭环控制在功率调节系统中的应用是可行的,而且向电网注入的总谐波失真(THD)很小。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 研究背景  11-14
    1.1.1 超导磁储能系统  11-13
    1.1.2 SMES在电力系统中的应用  13-14
  1.2 SMES国内外研究现状  14-16
  1.3 本课题的研究意义  16
  1.4 本文内容  16-18
第2章 SMES功率调节器的拓扑结构和基本原理  18-27
  2.1 SMES结构原理  18-19
  2.2 SMES功率调节器的拓扑结构  19-24
    2.2.1 电压源型SMES功率调节器  19-21
    2.2.2 电流源型SMES功率调节器  21-23
    2.2.3 电压源型和电流源型的主要区别  23-24
  2.3 SMES功率调节器大容量拓扑结构  24-27
第3章 电压源型SMES功率调节器数学模型及其控制  27-46
  3.1 电压源型的一般数学模型  27-30
  3.2 电压源型的d-q坐标模型  30-34
    3.2.1 坐标变换  30-31
    3.2.2 电压源型两相静止坐标系(a,β)模型  31-33
    3.2.3 电压源型同步旋转坐标系(d,q)数学模型  33-34
  3.3 斩波器数学模型  34-37
    3.3.1 充电模式数学模型  35-36
    3.3.2 放电模式数学模型  36-37
  3.4 电压源型的控制策略分析  37-41
    3.4.1 电流内环控制系统  37-40
    3.4.2 电压外环控制  40-41
  3.5 空间矢量PWM(SVPWM)控制技术  41-46
    3.5.1 SVPWM基本原理  41-43
    3.5.2 空间电压矢量的合成  43-46
第4章 电流源型SMES功率调节器数学模型及其控制  46-62
  4.1 电流源型数学模型  46-50
    4.1.1 电流源型的一般数学模型  46-48
    4.1.2 电流源型的d-q模型  48-50
  4.2 电流源型信号发生技术  50-57
    4.2.1 二、三值逻辑转换  50-53
    4.2.2 电流源型SVPWM技术  53-57
  4.3 电流源型的控制策略分析  57-59
  4.4 电流源型SMES功率调节器主电路参数设计  59-62
第5章 SMES功率调节器的仿真分析  62-71
  5.1 电压源型SMES功率调节器系统仿真分析  62-68
  5.2 电流源型SMES功率调节器系统仿真分析  68-71
结论  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-77
攻读学位期间发表的论文  77

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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