三级无刷同步发电机励磁控制研究

摘要

近年来随着全球范围内的能源与动力需求结构的变化以及环境保护要求的提高，微型燃气轮机发电机组得到大力发展。以三级无刷微型燃机发电机组为代表的分布式能源是世界能源发展的新方向之一。励磁控制系统是燃气轮发电机组的重要组成部分，对其安全稳定运行有着重要影响。而先进控制理论的不断发展也使得励磁控制系统的性能得到逐步的提高。
　　 本论文以75KW燃气轮机发电机组励磁控制系统为课题背景。运用DSP控制芯片，配合相控整流主电路和H控制理论完成励磁控制系统的设计。
　　 根据三级无刷发电机组的工作原理制定了励磁控制系统的整体方案，对常用的三种整流主电路进行详细的分析比较：鉴于Buck电路有共模干扰以及损耗等问题，而相控整流具有反应速度快，输出直流电压纹波值小等优点，最终以相控整流主电路完成了励磁控制系统的设计。
　　 以硬件电路配合软件程序的方式解决了相控整流技术中同步移相触发脉冲的形成问题，同时给出相应环节的硬件电路图以及软件流程图，其中硬件电路包括整形电路，脉冲放大电路等，软件程序包括同步信号捕捉，测频，脉冲移相等。
　　 对系统进行简化建模，运用临界比例度法对PID参数进行整定，结合现场调试以及仿真结果可得：其系统暂态响应时间能够达到要求，但没有处理系统外部扰动及系统内部参数摄动的能力。
　　 针对三级无刷发电机组系统参数摄动、外界扰动等问题设计了H∞输出反馈控制器，应用LMI线性矩阵不等式来求解H∞控制器，并对所求控制器进行仿真验证，结果证明所设计的控制器在励磁控制中取得良好效果。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 微型燃机

1.1.2 三级式无刷同步发电机

1.2 同步发电机励磁系统在电力系统中的作用

1.3 励磁系统概述

1.3.1 无刷励磁系统

1.3.2 励磁控制理论的发展状况

1.3.3 励磁控制器

1.4 H∞鲁棒控制理论

1.5 本文主要任务

第2章 三级无刷同步发电机励磁控制方式研究

2.1 TB一751研制任务书性能指标要求

2.1.1 主要电气调整指标

2.1.2 调整保护组合的保护功能

2.2 三级无刷同步发电机工作原理

2.3 三级无刷同步发电机励磁控制总体方案

2.4 三种常用主电路

2.4.1 IGBT直流斩波主电路

2.4.2 软开关主电路

2.4.3 相控整流主电路

2.4.4 三种主电路比较选择

2.5 相控励磁控制主电路

2.5.1 辅助电路及参数选择

2.5.2 相控主电路仿真分析

2.6 本章小结

第3章 同步发电机组励磁控制系统软硬件设计

3.1 三级无刷同步发电机励磁控制总体设计

3.2 系统供电模块

3.3 晶闸管触发原理

3.4 同步移相触发单元硬件实现

3.4.1 同步变压器

3.4.2 同步信号整形单元

3.4.3 脉冲功率放大电路

3.5 同步移相触发单元软件实现

3.5.1 同步信号捕获中断服务程序

3.5.2 移相脉冲中断服务程序

3.5.3 软件抗干扰措施

3.6 移相触发脉冲可靠性

3.7 本章小结

第4章 三级无刷同步发电机励磁控制器设计

4.1 三级无刷同步发电机数学模型

4.2 三级无刷同步发电机励磁系统的PID控制

4.2.1 PID控制的特点

4.2.2 PID调节器的参数整定

4.2.3 PID励磁控制的仿真研究

4.3 三级无刷同步发电机励磁系统的H∞鲁棒控制

4.3.1 H∞控制理论特点

4.3.2 三级无刷发电机组控制系统的H∞标准设计模型建立

4.3.3 加权函数的选择

4.3.4 H∞控制的标准问题

4.3.5 基于LMI求解H∞控制的标准问题

4.3.6 三级无刷同步发电机H∞控制器设计

4.4 H∞励磁控制的仿真分析

4.5 H∞控制与PID控制效果比较分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 本文工作重点

5.2 后续研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士期间发明的专利