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《重庆大学》 2004年
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双馈水轮发电机系统建模与仿真及其智能控制策略的研究

李辉  
【摘要】:双馈水轮发电机系统是一种新型的水力发电系统,其中双馈发电机定子侧接电网,转子上采用三相对称分布的励磁绕组,由变频电源提供对称交流励磁,且励磁电压的幅值、频率、相位和相序都可根据要求加以控制,从而可以控制发电机励磁磁场的大小及其相对转子的位置和电机转速,使得双馈发电机具有良好的稳定性及变速恒频发电能力、独立的有功与无功调节能力和较强的进相运行能力。整个水轮发电机系统通过双馈发电机励磁、水轮机调节系统的联合控制,可使系统在水头、流量变化时运行于最优单位转速附近,提高水力效率,实现发电机负荷的优化调节。 双馈水轮发电机系统是一个涉及水力、水轮机和发电机的综合系统,由于水流惯性带来的水锤效应,系统具有非线性、大惯性和参数时变,以及双馈发电机多变量、强耦合的特点。为综合研究该系统的运行特性,对双馈水轮发电机系统的建模及其智能控制策略的研究具有十分重要的理论和现实意义。论文的主要内容如下: (1) 在分析双馈发电机内部电磁关系的基础上,研究了双馈发电机的稳态运行性能,并提出了考虑转子时间谐波电流影响的双馈发电机电磁功率的计算方法。 (2) 根据水轮发电机负荷优化的调节原理,以小浪底水轮机特性为例,对双馈发电机和常规同步发电机在相同运行工况下的负荷优化性能进行了比较,并采用一种改进BP神经网络算法对水轮机优化调节特性的数学模型进行了研究。 (3) 结合双馈发电机的励磁控制和水轮机导叶开度调节模型,利用小信号偏差的分析方法推导了双馈水轮发电机系统的水、机、电数学模型,并首次应用李雅普诺夫(Lyapunov)函数的方法对该系统具有大范围渐近稳定性的条件进行了深入的研究。 (4) 针对双馈水轮发电机系统的不确定性、非线性和参数时变的特点,提出了一种基于小脑模型关联控制器(CMAC)神经网络的自适应控制策略,并对双馈水轮发电机系统的负荷优化调节性能、抗干扰能力、鲁棒性和系统暂态特性进行了仿真研究。 (5) 将双馈水轮发电机系统看成一个黑箱式结构,提出了一种不依赖系统精确数学模型的模糊神经网络解耦控制策略,研究了控制算法的收敛性,并对双馈水轮发电机系统的负荷优化调节性能、抗干扰能力、鲁棒性和系统暂态特性进行了仿真研究。
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