双馈发电机励磁模糊控制实验研究

【摘要】：风能是一种清洁的可再生能源,在我国储量巨大,风力发电前景可观。作为一种新型发电技术,以双馈异步发电机作为发电设备的变速恒频发电技术在风力发电方面有着显著的优越性和广阔的发展前景。变速恒频发电技术可以在双馈异步发电机的转子侧施加三相低频电流实现交流励磁,控制励磁电流的幅值、频率、相位实现输出电能的恒频恒压。 由于风电机所处的自然环境比较恶劣,发电系统数学模型耦合复杂,传统控制方式效果有限。模糊控制的特点是以自然语言的形式对控制对象传达控制信息,无需精确的数学模型,能适应风电系统的非线性、大惯性和时变性,而且能够将自然语言直接转化为算法语言,从而将优秀操作人员的经验和专家意见引入控制系统,达到更好的控制效果。 本文论述了风力发电的国内外发展现状,指出了研究的背景,介绍了变速恒频发电技术的优势、双馈异步发电机的优点以及模糊控制理论的基本原理和在风力发电方面的应用情况。分析了双馈异步发电机在交流励磁条件下的运行特性,通过变频器作为双馈发电机交流励磁电源,设计并实施了双馈异步发电机交流励磁运行特性实验,绘制了运行特性曲线,为模糊控制器的设计与调试提供了数据支持。介绍了双馈发电系统在两相同步旋转坐标系下的数学模型以及坐标变换的原理,以此为基础研究了双馈发电系统有功模糊控制器设计原理及具体步骤。 本文围绕双馈异步发电机转子侧交流励磁控制展开研究,采用电压型双PWM变换器作为发电机转子的励磁电源,用直流电动机作为原动机模拟风力机,使用C语言编写系统控制程序,构建了双馈发电机交流励磁实验系统。在硬件方面,介绍了以TMS320LF2812为控制中枢的双馈发电励磁试验系统硬件平台的结构及原理,并主要针对IPM智能功率器件的保护问题做了更深一步的研究。完成了模糊控制器在DSP上的程序实现,并以模糊控制器作为双馈发电系统励磁控制有功功率通道上的主要控制器,进行了双馈发电机基于模糊控制理论的变速恒频实验研究,得到了实验结果。为了弥补模糊控制器在稳态控制方面的不足,设计了电流环闭环系统PI调节器的参数,并利用PI调节器的数字实现算法,用程序语言实现了PI调节器在DSP上的应用。 通过对记录的实验结果进行分析证明,本文的研究是正确的、可行的,各个控制器完全满足了双馈发电机变速恒频运行的控制要求,达到了预期的效果,为双馈发电系统模糊控制的进一步研究奠定了基础。

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315