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无刷双馈电机(BDFM)是一种交流励磁的新型感应电机,它取消了双馈电机感应电机所固有的电刷滑环装置,运行转速范围宽,具有使用寿命长,成本低廉,可靠性高和维护成本低等特点,既能用于并网发电也能用于独立发电,因此在风力发电和船舶轴带发电等新能源领域有广阔的应用前景。BDFM独立发电系统包括电机本体和交流励磁控制系统,是电机、电力电子技术以及自动控制技术相结合的高端发电装备。本文以BDFM独立发电系统为研究对象,建立了有效的数学模型,研究了对其输出电压的幅值和频率进行动态跟踪的锁相环技术,针对对称负载和不对称负载条件提出了有效的控制方法,并建立了BDFM独立发电系统实验平台,进行运行控制实验研究。主要研究内容为:1.提出了一种更适合于BDFM独立发电系统性能分析的T型稳态模型;建立了BDFM独立发电系统的数学模型,并在Simulink中进行了仿真分析;然后根据所提出的BDFM的T型稳态模型分别从理论计算和实验研究的角度分析了BDFM独立发电系统的功率流和控制绕组电流的特性。2.为了实现对BDFM独立发电系统输出电压的幅值、频率和相位进行动态跟踪,研究了对称和不对称三相电压的锁相环技术;在常用的同步坐标系锁相环的基础上进行改进,得到了更适用于BDFM独立发电系统运行工况的锁相环结构;对目前广泛应用的两种不对称三相电压锁相环进行了对比研究并指出了它们的不足,提出了一种更适合于不对称负载条件下BDFM独立发电运行控制的新锁相环结构。3.在控制绕组同步旋转dq坐标系BDFM动态模型的基础上,推导了控制绕组侧变换器各个控制环节的设计原理,提出了完整的对称负载条件下基于控制绕组电流定向的控制绕组侧变换器控制方法;推导了功率绕组同步旋转坐标系下供电侧变换器的数学模型,设计了电流内环控制控制器和直流母线电压外环控制器,最后给出了完整的基于功率绕组电压定向的供电侧变换器控制方法。4.建立了基于双旋转坐标系的不对称负载条件下BDFM动态模型;提出了一种基于正、负序双旋转坐标系的控制绕组侧变换器改进控制方法,改善了不对称负载条件下BDFM独立发电系统的运行性能。5.设计了BDFM独立发电控制实验系统;通过实验验证了控制绕组侧LC滤波器和控制绕组电流矢量控制器的性能;分别在对称负载和不对称负载条件下进行了系统运行实验研究,实验结果验证了前面提出的控制方法的有效性。