稳态分析论文提纲

论文题目：斩波串级调速系统稳态特性分析及系统综合优化研究

摘要：高压大功率电机的节能调速具有重要的国民经济意义。斩波串级调速是高压大功率电机调速的一种高效方式,在工业现场有着广泛应用。串级调速设备从电机转子侧接入,把定子侧的高压调速转化为转子侧的低压调速,并且只需控制远小于电机额定功率的转差功率,具有控制电压低、控制功率小、结构简单、自身损耗低、运行环境要求低等优点。所以,斩波串级调速系统在高压大功率电机调速方面具有独特的优势。目前对斩波串级调速系统的研究主要侧重于理论研究、参数计算和仿真建模,与工程应用结合很少。由于缺乏对系统稳态性能及综合优化、设备器件特性及功率单元结构等方面的研究,造成长期以来斩波串级调速系统的可靠性得不到保证。论文首次针对上述问题对斩波串级调速系统进行深入研究和分析,并结合工程实践确认研究结果的正确性,主要开展了以下研究工作:1.根据异步电机的基本方程和等效电路,基于异步电机出厂时的铭牌数据,建立了用于计算异步电机等效电路参数的计算公式,通过实例计算,提供不同功率电机等效参数的取值范围,为绕线电机等效参数的计算提供理论依据和工程数据参考;通过建立精确的电机等效电路和等效电路参数辨识优化模型,将非线性方程求解问题转化为优化问题,得到基于铭牌数据结合PSO优化算法的异步电机参数辨识方法,提高了调速工况下电机等效参数的计算精度。2.分析斩波串级调速系统三种稳态状态下主回路器件及功率单元的工作状态,设计控制逻辑实现了调速稳态之间的平稳转换,为斩波串级调速系统的稳态转换控制提供设计原则。根据主回路等效电路,建立调速稳态时的主回路数学模型,得出斩波串级调速主回路各主要电气参数之间的函数关系,以及主要电气参数的纹波公式,为斩波串级调速系统的主回路稳态分析提供理论依据。基于主回路稳态分析,对大功率斩波单元的器件并联拓扑结构、并联IGBT同步、低感叠层母排等问题进行优化研究,首次提出了大功率斩波单元优化方案,并在国内最大功率（5400kW）串级调速项目中完成验证,解决了斩波串级调速系统在大功率电机应用的关键问题。3.对斩波电抗器损耗进行深入研究,根据铁芯损耗理论和电抗器工作电流特性分析,建立基于修正Steinmetz经验公式的斩波电抗器铁芯损耗数学模型,在大功率模拟带载试验平台上完成验证,为斩波电抗器的设计和选型提供了理论依据和工程方法。4.基于稳态分析及各参数与调速系统性能的直接相关程度,识别调速系统的四个主要性能参数以及影响调速系统性能的五个关键参数;系统地分析了关键参数对调速系统性能的影响,并从调速系统全局出发,提出系统综合优化方案,实现了调速系统在调速性能、可靠性和经济性三方面的综合最优,为斩波调速系统的设计提供了综合优化方法和实际应用方案。5.对斩波串级调速系统的功率因数进行研究,分析斩波串级调速系统功率因数偏低的原因,据此提出低压一体化无功补偿方案;针对在低压侧无功补偿投切时出现逆变颠覆的实际问题,进行机理分析并提出解决方案;基于减小转子侧谐波以提高功率因数的原理,提出了整流单元电容吸收的改进方案。

关键词：斩波串级调速;系统优化;电抗器损耗;稳态特性分析;叠层母排

学科专业：控制理论与控制工程

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 斩波串级调速技术研究现状

1.2.1 斩波串级调速技术

1.2.2 国内外研究现状

1.3 目前存在的问题

1.4 课题研究意义及主要内容

1.4.1 课题研究意义

1.4.2 课题主要研究内容

1.4.3 课题创新点

第2章 斩波串级调速系统原理及电机特性分析

2.1 斩波串级调速系统的工作原理

2.2 基于铭牌数据的电机参数辨识

2.2.1 异步电机的等效电路和基本方程

2.2.2 异步电机参数计算的公式法

2.2.3 基于铭牌数据结合PSO的电机参数辨识

2.2.4 电机等效电路参数分析

2.3 斩波串级调速系统的机械特性及脉动转矩

2.3.1 斩波串级调速系统的机械特性

2.3.2 斩波串级调速系统的脉动转矩

2.4 本章小结

第3章 调速系统主回路稳态分析及优化

3.1 主回路拓扑结构及系统状态

3.1.1 主回路拓扑结构

3.1.2 系统稳态状态及相互转换

3.2 调速稳态时的主回路数学模型

3.2.1 基于电路分析的稳态数学模型

3.2.2 主要电气参数的纹波分析

3.2.3 基于能量平衡的数学模型

3.2.4 仿真与现场试验验证

3.3 大功率斩波单元优化

3.3.1 器件并联拓扑结构方案

3.3.2 并联IGBT的同步分析

3.3.3 低感斩波叠层母排设计

3.4 本章小结

第4章 关键参数对系统性能的影响与系统综合优化

4.1 调速系统的主要器件及关键参数

4.1.1 主要器件及其参数

4.1.2 系统关键参数分析

4.2 主要器件参数特性分析

4.2.1 电压电流参数分析

4.2.2 电感电容参数分析

4.2.3 功率器件损耗分析

4.3 斩波电抗器损耗分析

4.3.1 铁芯损耗理论模型

4.3.2 斩波电抗器的铁芯损耗模型

4.3.3 斩波电抗器的铁芯损耗试验

4.3.4 试验结果小结

4.4 关键参数对系统性能的影响分析

4.4.1 反馈电压对系统性能的影响分析

4.4.2 斩波频率对系统性能的影响分析

4.4.3 器件参数对系统性能的影响分析

4.5 系统综合优化方案

4.6 本章小结

第5章 斩波串级调速系统的无功补偿优化

5.1 调速系统的功率因数分析

5.2 无功补偿方案

5.3 无功补偿优化

5.3.1 低压一体化无功补偿优化

5.3.2 整流桥阻容吸收电路优化

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

致谢