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双馈发电机励磁模糊控制实验研究

作　者: 栾晓伟
导　师: 李岚
学　校: 太原理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 风力发电双馈异步发电机变速恒频模糊控制 TMS320LF2812
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 74次
引　用: 1次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-20
  1.1 国内外风力发电领域发展状态  11-13
    1.1.1 风能开发利用的必要性  11-12
    1.1.2 世界风电发展状况  12-13
    1.1.3 我国风电发展状况  13
  1.2 双馈交流励磁发电系统原理  13-16
    1.2.1 风力发电系统中常用发电机概述  13-14
    1.2.2 双馈异步发电机的优势  14-15
    1.2.3 变速恒频双馈发电技术  15-16
  1.3 模糊控制技术概述  16-19
    1.3.1 模糊控制在风力发电方面的应用  17-18
    1.3.2 模糊控制器的特点  18-19
  1.4 本文选题背景及主要研究内容  19-20
第二章双馈发电机交流励磁运行特性分析  20-30
  2.1 引言  20
  2.2 双馈交流励磁发电机运行特性基本关系  20-23
  2.3 双馈交流励磁发电机功率关系  23-29
  小结  29-30
第三章双馈发电机励磁模糊控制器设计  30-47
  3.1 双馈发电机在两相旋转坐标系下的数学模型  30-34
  3.2 模糊控制器的设计原理概述  34-36
  3.3 双馈发电系统有功模糊控制器的设计  36-46
    3.3.1 精确量的模糊化  37-38
    3.3.2 语言变量论域上的模糊子集  38-40
    3.3.3 模糊控制器规则库  40-42
    3.3.4 模糊控制器的模糊推理  42-44
    3.3.5 清晰化  44-46
  小结  46-47
第四章双馈发电机励磁控制实验系统  47-67
  4.1 转子侧变速恒频励磁控制硬件系统  47-56
    4.1.1 功率器件及驱动隔离电路  47-50
    4.1.2 控制中枢DSP  50-53
    4.1.3 信号检测与调理电路  53-56
  4.2 转子侧变速恒频励磁控制软件编程  56-66
    4.2.1 主程序编辑  56
    4.2.2 模糊控制器设计  56-57
    4.2.3 PI调节器的数字实现  57-60
    4.2.4 数/模转换(DAC)设计  60
    4.2.5 SVPWM软件法调制算法  60-66
  小结  66-67
第五章实验与结果分析  67-89
  5.1 双馈发电机交流励磁运行特性实验  67-74
    5.1.1 硬件实验平台  67
    5.1.2 空载实验  67-69
    5.1.3 短路实验  69-71
    5.1.4 外特性实验  71-74
  5.2 SVPWM调制实验  74
  5.3 模糊控制器调制实验  74-80
  5.4 电流环PI调节器调制实验  80-82
  5.5 有功功率与无功功率调制实验  82-83
  5.6 亚同步向超同步过渡实验  83-84
  5.7 转速跟随性实验  84-88
  小结  88-89
总结与展望  89-90
参考文献  90-93
附录  93-94
致谢  94-95
攻读学位期间发表的学术论文  95
参与的科研项目  95

双馈发电机励磁模糊控制实验研究

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