本文選題：變速恒頻 + 軍用移動式柴油發(fā)電機組　； 參考：《西北工業(yè)大學》2014年博士論文

【摘要】：為滿足應用環(huán)境的需求，現(xiàn)代軍用移動式柴油發(fā)電機組（Military Mobile DieselGenerator Set，MMDGS）對輸出電能品質(zhì)、運行可靠性、負載適應性、隱蔽性能等方面的技術(shù)指標有著嚴格的要求。變速恒頻（Variable Speed Constant Frequency，VSCF）技術(shù)是近年來在航空航天供電、船舶供電、新能源發(fā)電等領(lǐng)域的研究熱點，其能夠有效提高發(fā)電設備的燃料利用率和輸出電能品質(zhì)，同時降低設備的重量和體積。引入VSCF技術(shù)的變速恒頻柴油發(fā)電機組（Variable Speed Constant Frequency Diesel Generator，VSCFDG）非常適宜于改善MMDGS的性能，，也被認為是新一代柴油發(fā)電機組的發(fā)展趨勢。為滿足MMDGS的現(xiàn)代化要求和持續(xù)保持其高性能的優(yōu)勢，論文在總后勤部西安建筑工程研究所的某型重點裝備預研項目子課題的支撐下，以基于VSCFDG的MMDGS為研究對象，圍繞改善其運行性能的控制技術(shù)開展了研究工作。 VSCFDG運行控制主要涉及運行轉(zhuǎn)速調(diào)度曲線設計及轉(zhuǎn)速控制、機側(cè)變換器控制、網(wǎng)側(cè)變換器控制，是決定著VSCFDG主要功能和性能的核心技術(shù)，直接影響整個系統(tǒng)的主要技術(shù)指標。論文依據(jù)MMDGS的實際運行需求，對控制系統(tǒng)架構(gòu)設計與優(yōu)化、變速恒頻運行控制技術(shù)進行深入研究，重點針對轉(zhuǎn)速調(diào)度曲線設計與優(yōu)化方法、轉(zhuǎn)速運行控制技術(shù)、機側(cè)變換器結(jié)構(gòu)及運行控制技術(shù)、網(wǎng)側(cè)變換器結(jié)構(gòu)及運行控制技術(shù)、控制系統(tǒng)優(yōu)化設計等方面展開了研究。 為降低VSCFDG的燃油消耗率和噪聲污染，論文對VSCFDG的運行轉(zhuǎn)速調(diào)度及運行轉(zhuǎn)速控制問題展開了研究。論文采用實驗的方法，結(jié)合發(fā)動機及發(fā)電機的特性和發(fā)電機運行的規(guī)律來確定機組運行的目標轉(zhuǎn)速調(diào)度曲線，該目標轉(zhuǎn)速調(diào)度曲線兼顧了系統(tǒng)效率、負載的功率需求和系統(tǒng)運行可靠性。同時，為保證發(fā)電機組在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速控制性能及控制性能的一致性，增強系統(tǒng)對負載突變時的緩沖能力，提出一種新型復合模糊自校正PID控制策略，并通過仿真和工程試驗進行了驗證，結(jié)果表明所設計的目標轉(zhuǎn)速調(diào)度曲線及其調(diào)度策略合理，所提出的轉(zhuǎn)速控制策略能夠滿足VSCFDG的功能和性能指標。相對于傳統(tǒng)的PID調(diào)速控制策略，所提轉(zhuǎn)速控制策略的響應時間顯著提高，增強了系統(tǒng)對負載突變沖擊的緩沖能力。 為提高對負載的適應性并改善VSCFDG的電能輸出品質(zhì)，論文基于瞬時對稱分量理論，采用基于正負序同步旋轉(zhuǎn)坐標的雙閉環(huán)控制策略來改善輸出電壓波形的質(zhì)量，通過引入諧波諧振抑制環(huán)節(jié)構(gòu)建了改進的正負序同步旋轉(zhuǎn)坐標下的雙閉環(huán)控制策略，進一步抑制不對稱負載和非線性負載對輸出電壓的擾動，提高了輸出電壓的正弦度。 為提高系統(tǒng)運行的可靠性、系統(tǒng)維護的便利性和快速性，論文通過對VSCFDG運行控制任務的分析和規(guī)劃，按照模塊化設計思想將整個控制系統(tǒng)分解為多個單元控制子系統(tǒng)，并提出了一種分級分布式控制系統(tǒng)架構(gòu)。各單元控制子系統(tǒng)分別承擔一項主要控制任務，并通過內(nèi)部總線集成為一個有機整體，增強了VSCFDG控制系統(tǒng)的可靠性，改善了系統(tǒng)維護的快速性和便利性。結(jié)合實際應用需求，論文對主要單元控制子系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，對容易影響系統(tǒng)運行的重要環(huán)節(jié)，采用余度控制、多重監(jiān)測等手段來進一步提高系統(tǒng)運行的可靠性。 最后，論文在搭建的VSCFDG樣機上進行了局部運行控制和整機運行控制的功能與性能驗證。局部運行控制試驗結(jié)果表明，所設計VSCFDG的單元控制子系統(tǒng)及其控制策略完全能夠滿足單元運行控制的要求。整機運行控制試驗結(jié)果表明，所提出的控制系統(tǒng)架構(gòu)合理、有效，整個VSCFDG系統(tǒng)的功能與性能完全滿足應用技術(shù)指標。 由于與其他發(fā)電設備（如燃氣輪機發(fā)電機組、光伏發(fā)電機組等）運行控制的相似性或局部相似性，盡管本論文的研究工作主要是針對MMDGS進行的，然而所提方案和控制策略、試驗結(jié)論對于其他類型中小型發(fā)電設備也具有指導、借鑒意義。
[Abstract]:In order to meet the needs of the application environment , the modern military mobile diesel generator set ( MMDGS ) has strict requirements on the technical indexes such as output power quality , operation reliability , load adaptability , concealment performance and so on . Variable Speed Constant Frequency Diesel Generator ( VSCF ) technology is very suitable for improving the performance of MMDGS and reducing the weight and volume of equipment .

The operation control of VSCFDG mainly involves designing and rotating speed control , machine - side converter control and net - side converter control . It is the core technology that determines the main function and performance of VSCFDG . It directly affects the main technical indexes of the whole system . According to the actual operation demand of MMDGS , the paper studies the design and optimization of the control system , the control technology of rotating speed , the structure of the machine - side converter and operation control technology , the structure of the net - side converter and the operation control technology , and the optimization design of the control system .

In order to reduce the fuel consumption rate and noise pollution of VSCFDG , the paper studies the operation speed schedule and operation speed control of VSCFDG .

In order to improve the adaptability of the load and improve the power output quality of VSCFDG , based on the theory of instantaneous symmetrical component , the double closed - loop control strategy based on positive and negative sequence synchronous rotation coordinates is adopted to improve the quality of the output voltage waveform , and the double closed - loop control strategy under the improved positive and negative sequence synchronous rotation coordinate is constructed by introducing the harmonic resonance suppression link , so that the disturbance of the asymmetric load and the nonlinear load on the output voltage is further suppressed , and the sine degree of the output voltage is improved .

In order to improve the reliability of the system operation and the convenience and speediness of the system maintenance , the whole control system is decomposed into a plurality of unit control subsystems according to the modularization design idea , and a hierarchical distributed control system architecture is proposed .

Finally , the function and performance verification of the local operation control and the operation control of the whole machine are carried out on the built VSCFDG sample . The results of the local operation control show that the unit control subsystem and control strategy of the designed VSCFDG can meet the requirements of the unit operation control . The control test results show that the proposed control system is reasonable and effective , and the function and performance of the whole VSCFDG system completely meet the technical indexes of the application .

Due to the similarity or local similarity of operation control with other power generation equipment ( such as gas turbine generator set , photovoltaic generator set , etc . ) , although the research work of this paper is mainly conducted for MMDGS , the proposed scheme and control strategy have guidance and reference significance for other types of small and medium - sized power generation equipment .
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM314

【參考文獻】

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本文編號：1900893