大功率提升机三电平双馈调速关键技术研究

我国矿井提升机中交流拖动占80%以上,而其中绝大部分采用“绕线式异步电机+转子串电阻调速”或“同步电机+交交变频调速”。这两种调速方式中,前者能耗大,调速性能差,而后者功率因数低,对电网污染严重。随着国家“节能减排”的需要不断深入,对这些设备进行节能改造势在必行。 本文深入研究了双三电平双馈电机定子磁链矢量控制,为“绕线式异步电机+转子串电阻调速”提升机系统提供了一个较佳的改造方案。 本文以双三电平作为主回路拓扑,在此基础上研究了二极管钳位式三电平变换器、三电平PWM整流器以及双馈电机定子磁链定向矢量控制等控制策略。其中,针对二极管钳位式三电平变换器进行了深入研究,提出了一种基于参考电压分解的简化SVPWM算法,阐述了二极管钳位式三电平变换器中性点电位波动的原因,给出了简化SVPWM算法下中性点电位平衡的边界,并提出了一种适用于四象限运行的统一中性点电位平衡控制策略。 对于三电平PWM整流器,本文分析了其数学模型,提出了适用于高压大功率场合的新型虚拟磁链观测器,对比了直接电流控制以及直接功率控制下整流器的动态性能。对于双馈电机,本文建立了其数学模型,并深入分析了定子磁链定向下的双馈电机数学模型。为使双馈电机适用于全速范围内的调速,提出了一种零速下的双馈电机初始转子位置角的辨识方法。 此外,采用单神经元自适应控制器取代传统的PI控制器对三电平PWM整流器的电压外环、双馈电机的速度外环进行控制,文中还分析了其稳定性,并通过实验对比了两种控制方案的效果。 本文通过仿真和实验验证了以上算法的可行性,并将之在工业现场应用。以1MW的矿井提升机为控制对象,实现了定子磁链定向下的双三电平双馈电机的高性能控制。此外,还通过对280kW实验平台对单神经元控制算法进行了进一步的实验验证。 该论文有图71幅,表11个,参考文献139篇。