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基于人工智能方法的飞轮储能系统电力转换控制器研究

吴炳娇  
【摘要】:当今社会,电能已成为社会、经济发展不可缺少的二次能源。在矿物质能源日益短缺的今日,电能的存储和转换也已成为人们日益关注的焦点和各个领域研究的热点。其中飞轮储能以其储能密度高、充电时间短、抗过充放电能力强、能量转换效率较高、对环境要求较少等优点,在航天、交通、电力等方面展现出很好的应用前景。 本文主要研究基于飞轮储能系统的电力转换控制系统,其涉及到的主要内容有:静止坐标系与旋转坐标系之间的变换、永磁同步电机在dq坐标系下的数学建模、功率变换器的分析与研究、控制器的设计等。首先,选用永磁同步电机作为飞轮储能系统的储能电机,然后结合永磁同步电机的工作原理及其坐标变换理论建立了其在dq坐标下的数学模型。详细分析了功率变换部分所使用的矩阵式变换器的拓扑结构、基本工作原理、调制策略等问题,对矩阵变换器双空间矢量调制法做了重点介绍,并建立了矩阵式变换器的仿真模型,仿真结果显示所建立的矩阵式变换器有良好的输出电压波形以及谐波含量少的输入相电流波形,反映出矩阵式变换器具有优良的特性。 论文在研究分析传统双闭环调速系统的基础上,根据模糊控制和神经网络控制的基本理论,结合速度环控制器的一般设计方法,分别设计了模糊PID控制器和BP神经网络PID控制器,并采用这两种控制器在MATLAB/Simulink环境下对飞轮储能充电系统的控制进行了相应仿真,同时对PID调节器各参数进行了有效整定,仿真结果表明,系统采用模糊控制和神经网络控制方法使整个飞轮储能系统获得了较好的输出电压、电流、转矩和转速波形;针对上述两种控制器各自存在的不足,文中采用模糊神经网络控制器作为飞轮储能系统的速度环控制器,从而使系统获得了更为优良的稳定性、响应速度和稳态精度,表明了模糊神经网络控制较模糊控制或神经网络控制单独作用具有更大的优越性,为飞轮储能系统在实际中的应用奠定了理论基础。


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