开关磁阻风力发电控制系统研究

发布时间：2020-07-24 14:38

【摘要】：开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator,SRG)作为风力发电领域的新型发电机,由于其结构简单、可靠性高、维护方便等优势逐渐成为现今的研究热点。但由于其特殊的物理结构和复杂的数学模型,使得开关磁阻发电机的控制效果难以提升。目前常用的开关磁阻发电机控制方法是对开关角度、相电流、端电压等参数进行控制,但这些方法控制精度低、输出电能质量较差。因此,为了提高开关磁阻风力发电系统电能输出质量以及稳定性,本文制定了最优开关角知识库搭配基于改进迭代学习控制的双闭环控制策略这一控制方案,并对此方案的有效性和可靠性进行深入探究。开关磁阻发电机具有非线性、强耦合、可控参数众多等特性,本文详细解析了其运行过程中各变化量之间的关系,建立数学模型。根据电流变化情况揭示开关磁阻发电机内部能量转化过程。分析对比现今常用控制方法的优缺点,选择开关角、相电流等作为本文控制方案的研究方向。为了提升开关磁阻发电机的发电质量,本文设计了基于差分进化人工蜂群优化算法的最优开关角知识库。依据发电机转速的不同,动态调节开通角与关断角,使得发电机运行于最佳状态,有效提升发电机的发电能力。针对开关磁阻发电机输出电压波动严重的问题,本文借助迭代控制学习算法高效追踪期望轨迹这方面的优势,提出了基于改进迭代学习控制算法的电压电流双闭环控制方法,采用基于铜损最小原则的电流分配策略确定各相电流的理想轨迹,经过改进后的迭代学习控制器对其进行追踪,使得实际相电流轨迹与理想轨迹完全匹配,再结合电压反馈控制可以有效抑制输出电压的波动。针对本文提出的控制方案,搭建开关磁阻风力发电控制系统仿真平台。仿真实验结果表明最优开关角知识库可以有效的提升发电系统的发电性能,在保持较高输出功率和能量转化效率的前提下,改善转矩脉动。同时,仿真结果也充分说明了基于改进迭代学习控制的双闭环控制系统具有较高的稳态精度,较快的响应速度以及良好的抗扰动能力,保证系统输出稳定可靠。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM352
【图文】：

开关磁阻发电机,工作原理图,转子

图 2.1 三相（12/8 极）开关磁阻发电机工作原理图相 12/8 极开关磁阻发电机的工作原理图，图中 U 为外接开关管。假设发电机所处位置如图 2.1 所示，转子在原动动。此时为 A-A′相绕组励磁，即闭合 S1、S2，直流电A 极出发，经过气隙、转子 a 极、转子铁芯、转子 a′极

绕组电感,转子位置,对应关系

图 2.2 绕组电感与转子位置对应关系图示为单相绕组电感 L 与转子位置的对应关系图。图中将转子中心线重合的位置定义为转子初始位置（ 0）。1 、2 分子极上临近边沿处于相同位置的状态，由于到的过程中对，因此绕组电感值保持不变，恒为最小值 Lmin。转子运行

拓扑结构图,功率变流器,拓扑结构,制控

图 2.5 SRG 功率变流器拓扑结构可控参数，根据控制参数的不同主要可以分为三种ngle Position Control,APC）；电流斩波控制（Curren制控制（PWM）。下面对各控制方法进行详细说明置控制（APC）

【参考文献】