微型燃气轮机发电系统建模与特性分析

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1、第35卷第2期四川电力技术Vo1．35，No．22012年4月SichaanElectricPowerTechnologyApr．，2012微型燃气轮机发电系统建模与特性分析邓浩，李春艳(德阳电业局，四川德阳618000)摘要：基于微型燃气轮机与电力电子装置工作原理，对采用双脉宽调制(PWM)变换器结构的微型燃气轮机发电系统进行了整体建模。为控制交直流变换器中电容电压，整流器采用PWM恒压控制；为保证负荷侧电能质量，逆变器采用V／F控制，实现负荷侧电压与频率的稳定。利用PSCAD／EMTDC软件对微型燃气轮机发电系统动态特性进行仿真验证，结果表明该模

2、型能够反映实际微型燃气轮机发电系统的动态特性。关键词：微型燃气轮机发电系统；建模；双PWM变换器；特性分析Abstract：Basedontheworkingprincipleofmicroturbineanditspowerelectronicconverter．anoverallmodelofmicroturbinegenerationsystemwithdualPWMconverterisestablished．InordertomaintainthecapacitivevoltageofAC／DCconverter，aconstantvolt

3、agecontrolmethodisusedfortherectifier．Andinordertoensurethepowerqualityofloadside，V／Fcontrolisusedfortheinvertertorealizethestabilityofvoltageandfrequency．PSCAD／EMTDCsoftwareisalsousedtosimulateandverifythedynamiccharacteristicsofmicroturbinegenerationsystem．Theresultsshowthatt

4、heactualdynamiccharacteristicsofmicroturbinegenerationsystemcanbereflectedbythemode1．Keywords：microturbinegenerationsystem；modeling；dualPWMconverter；characteristicsanalysis中图分类号：TM743文献标志码：A文章编号：1003—6954(2012)02—0070—03相比，单轴结构系统效率更高、结构更紧凑、可靠性更0引言高。一般，微型燃气轮机转速高达50000～120000r／mi

5、n，通常采用高能永磁材料(如钕铁硼材料或钐钻随着能源危机和环境}亏染的日益严重，分布式发材料)的永磁同步发电机(PMSG)，其产生的高频交电技术已经成为人们关注的热点。其中，微型燃气轮流经过整流逆变转化为工频交流，通过LC滤波器滤机发电系统是一种技术上最为成熟、商业应用前景最除高频谐波，输送至负荷或大电网J。这里采用为广阔的分布式发电技术。微型燃气轮机一般是指PWM控制的电压源整流器和逆变器。功率在几百千瓦以内的小型热动装置，以可燃性气体或液体为燃料，可同时产生热能和电能，与常规发电机组相比，具有寿命长、可靠性高、燃料适应性好、环境污染小和便于灵活控

6、制等优点⋯，是目前实现冷热电联产的主要设备。利用PSCAD／EMTDC软件建立了微型燃气轮机发电系统完整的数学模型，研究了图1微型燃气轮机发电系统结构双PWM变流器的控制策略，分析了在负荷扰动时微型燃气轮机发电系统的动态特性。2微型燃气轮机数学模型微型燃气轮机模型如图2所示，其中，排气温度1微型燃气轮机发电系统结构函数、涡轮转矩输出函数、燃料供给系统中阀门定位器和燃料制动器的传递函数分别为微型燃气轮机发电系统结构如图1所示。微型=一700(1一)+500(1—60)(1)燃气轮机采用单轴结构，通过压缩机涡轮产生转矩驱动高速发电机发电，与采用齿轮变速系

7、统的分轴结构=1．3(一0．23)+0．5(1一(o)(2)第35卷第2期四川电力技术Vo1．35，No．22012年4月SichuanElectricPowerTechnologyApr．，2012进行直流储能，从而使VSR直流侧呈低阻抗的电压：可(3)源特性。由于PWMVSR具有谐波小、控制灵活的特式中，为排气温度基准，取=950℃；、为点，可通过合适算法，快速调节微型燃气轮机输出功燃料流量信号；是涡轮机实际转速。率，达到缩短系统动态响应时间的目的。三相静止对称坐标系下的VSR数学模型交流侧变量都为时变交流量，不利于控制系统的设计。因此，通过坐标

8、变换将三相静止abc坐标系转化为与基波频率同步旋转的dqO坐标系，简化控制系统的设计J。三相电压型PWM整流