国之重器出版工程 航改微型燃气轮机发电系统PDF电子书下载

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第1章 概述 1

1.1 微燃机发电技术的国内外研究现状 2

1.1.1 微燃机发电系统的拓扑结构 2

1.1.2 国外发展状况及趋势 4

1.1.3 国内发展现状 6

1.2 电控系统的主要问题与关键技术 7

1.2.1 电控系统结构及性能要求 8

1.2.2 高速永磁电机的启动控制技术 9

1.2.3 冲击负载问题 11

1.2.4 系统功率平衡问题 13

1.2.5 系统全工况稳定性问题 15

1.2.6 系统效率问题 17

1.2.7 集成扩容并网控制技术 18

1.2.8 离网运行混合型负载供电技术 20

第2章 微燃机发电系统结构及工作机理 23

2.1 基于超级电容储能的发电系统架构 24

2.1.1 系统架构 24

2.1.2 基于超级电容储能的功率补偿原理 25

2.2 微燃机本体组成 27

2.2.1 压气机 27

2.2.2 透平 27

2.2.3 燃烧室 27

2.2.4 回热器 28

2.2.5 高速轴承 28

2.2.6 微燃机控制器 29

2.3 高速电机 31

2.3.1 高速电机的关键技术 31

2.3.2 高速永磁同步电机的转子损耗 32

2.3.3 永磁同步电机系统效率优化 35

2.4 功率变换器 37

2.4.1 高速永磁同步电机的PWM整流器 37

2.4.2 微燃机发电系统的控制策略 41

2.4.3 基于超级电容的分布式发电系统 43

2.4.4 微燃机系统功率控制 45

2.5 微燃机发电系统瞬时功率流分析 48

2.5.1 能量转换过程 48

2.5.2 瞬时功率流 49

第3章 微燃机发电系统非线性数学建模 52

3.1 微燃机非线性数学模型 53

3.1.1 静态数学模型 54

3.1.2 动态数学模型 58

3.1.3 模型实例化及仿真实现 60

3.1.4 模型验证 62

3.2 PMSM动态数学模型 69

3.2.1 三相静止坐标系下的数学模型 70

3.2.2 两相静止坐标系下的数学模型 70

3.2.3 dq旋转坐标系下的数学模型 71

3.2.4 xy坐标系下的数学模型 73

3.3 基于变换器开关函数的统一数学模型 74

3.4 电功率变换系统瞬时功率模型 78

3.4.1 永磁同步电机与PWM整流器的一体化模型 78

3.4.2 超级电容储能单元模型 80

3.4.3 逆变器模型 81

第4章 微燃机发电机组的状态反馈控制及效率提升 84

4.1 微燃机全工况状态反馈强鲁棒性控制 85

4.1.1 控制系统结构 85

4.1.2 全工况固定收敛特性状态观测器 88

4.1.3 全工况固定收敛特性状态反馈控制律 90

4.1.4 仿真验证 91

4.2 微燃机效率优化控制 94

4.2.1 效率优化条件 94

4.2.2 效率优化控制方法及仿真分析 97

4.2.3 效率优化对状态反馈控制的影响 100

第5章 基于MTPA的直接转矩启动控制 104

5.1 启动系统介绍 105

5.2 启动子系统直接转矩控制策略的机理 106

5.3 启动子系统设计的关键技术 111

5.3.1 定子电阻的影响与补偿 111

5.3.2 转子速度检测与初始磁链的判断 112

5.3.3 转矩角的准确计算 114

5.4 启动子系统实现MTPA的优化设计 115

5.4.1 磁链参数的给定与定子电流的关系 115

5.4.2 MTPA控制与磁链自调节 118

5.5 系统实现与实验结果 122

第6章 永磁同步电机瞬时功率控制及效率优化 123

6.1 永磁同步电机瞬时功率控制 124

6.1.1 瞬时功率控制系统结构 124

6.1.2 滑模观测器锁相环转子位置检测 124

6.1.3 瞬时功率检测及控制 126

6.1.4 仿真分析 128

6.2 开关频率对功率环节的影响与系统效率的优化 132

6.2.1 基于Simplorer的功率系统电流谐波分析 132

6.2.2 基于Maxwell 2D的电机涡流损耗分析 135

6.2.3 开关器件的损耗与系统效率的优化 137

第7章 基于直接功率控制的并网变换器设计 140

7.1 基于直接功率控制的并网变换器机理分析 141

7.1.1 并网变换器的结构及数学模型 141

7.1.2 直接功率控制的基本思想 143

7.2 PWM并网变换器相关控制技术的改进 144

7.2.1 虚拟磁链的引入 144

7.2.2 基于微网电压幅值波动的磁链观测器设计 146

7.2.3 瞬时功率计算和Bang-Bang功率控制的改进 149

7.3 功率前馈型改进虚拟磁链观测器直接功率并网策略 150

7.3.1 功率前馈型IVF-DPC机理 150

7.3.2 基于虚拟磁链的功率前馈型直接功率控制仿真研究 152

7.3.3 实验研究 154

第8章 离网运行三相四桥臂变换器的研究 157

8.1 三相四桥臂变换器的工作原理 158

8.2 基于单周控制的双闭环控制策略 163

8.2.1 离网运行三相四桥臂变换器的总体结构 163

8.2.2 基于单周控制的四桥臂逆变电压信号生成方法 165

8.2.3 双闭环系统控制策略 168

8.3 系统仿真与分析 172

8.3.1 稳态仿真 172

8.3.2 动态仿真 176

第9章 冲击性负载辨识与瞬时功率补偿 179

9.1 无补偿发电系统冲击性负载特性 180

9.1.1 微燃机控制系统输出功率特性 180

9.1.2 PWM整流器功率传输特性 181

9.1.3 负载冲击扰动时系统响应的时域分析 185

9.2 冲击性负载辨识 186

9.2.1 逆变器功率传输特性 186

9.2.2 负载辨识及其直流端等效 187

9.3 瞬时功率快速补偿控制 188

9.3.1 补偿控制系统结构 188

9.3.2 瞬时功率跟踪控制 189

9.3.3 微燃机输出功率预测方法 190

9.3.4 瞬时功率补偿控制器设计 191

9.3.5 仿真分析 194

第10章 基于超级电容储能的冲击补偿实验模拟 198

10.1 实验系统物理模拟等效方法 199

10.2 模拟实验系统构建 203

10.2.1 系统结构 203

10.2.2 微燃机冲击负载时输出特性模拟 204

10.2.3 微燃机启停模型及模拟 207

10.3 补偿系统瞬时功率控制实验 212

10.3.1 冲击加载瞬时功率快速补偿 212

10.3.2 冲击减载瞬时功率快速吸收 215

参考文献 218

名词索引 244

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