三级无刷微型燃机发电机组建模与控制研究

摘要

电力电子技术和微型燃机技术的不断发展，高性能微型燃机供电系统成为当今世界的一个研究热点，也是21世纪电力工业的一个重要发展方向。励磁系统是微型燃机供电系统中的一个重要组成部分，它直接影响发电机的运行性能。微型燃机发电机励磁系统的研究是当前影响我国微型燃机供电技术发展的关键问题，也是实现微型燃机供电系统国产化亟待解决的问题之一。而同步电机数学模型和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。
　　 本论文以东北大学和沈阳航天新光集团联合开发的微型燃机发电机励磁控制系统为课题背景。在分析同步电机以及系统各环节的数学模型后推导出三级无刷交流发电机组的控制模型。并在此模型的基础上应用自适应控制理论设计了发电机组的自适应励磁控制器，并通过仿真证明，自适应控制器作用下系统的各项性能指标达到了设计要求。
　　 本文主要完成了以下几个方面的工作：
　　 (1)分析了同步电机的派克变换原理，求解出变换后的电压、磁链方程。
　　 (2)对同步电机的极限暂态过程做出理论分析，并在理论分析的基础上推到了定子和励磁绕组的暂态电流表达式，证明理论分析的正确。
　　 (3)根据同步电机的电压、磁链方程对原有同步电机的仿真模型做出改进。
　　 (4)应用所设计的同步电机仿真模型对新光集团提供的三级无刷交流发电机组和整体控制系统进行仿真，证明了控制系统设计方案的可行性。
　　 (5)根据新光集团的三级无刷交流发电机实际参数求出三级无刷交流发电机个环节的传递函数，并最终推导出三级无刷交流发电机组控制模型。
　　 (6)针对系统要求的性能指标分别设计了基于发电机组控制模型的串级控制器、最小拍控制器和自适应控制器。并仿真证明自适应控制器为最优控制器。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.1.1 微型燃机技术

1.1.2 三级式无刷交流同步发电机

1.1.3 励磁控制器

1.1.4 发电机模型

1.2 研究背景与发展现状

1.2.1 同步电机数学模型

1.2.2 励磁控制理论与励磁控制器

1.3 自适应控制

1.3.1 自适应控制概述

1.3.2 自适应控制的发展和现状

1.4 本文主要内容与意义

第2章 三级无刷交流发电机组分析基础

2.1 三级式无刷发电机组结构与工作原理

2.2 同步发电机基本理论方程

2.2.1 同步电机基本方程

2.2.2 派克变换

2.2.2 dq0坐标系下的同步电机方程

2.3 同步电机传递函数推导

2.4 本章小结

第3章 三级无刷交流发电机运行特性

3.1 三级式无刷交流发电机稳态运行

3.2 三级式无刷交流发电机暂态运行分析

3.2.1 三相突然短路物理过程的分析

3.2.2 短路电流的计算

3.2.3 短路电流衰减分析

3.3 本章小结

第4章 三级无刷交流发电机建模与仿真

4.1 三级交流发电机组系统仿真研究

4.1.1 同步电机模型仿真模型研究与改进

4.1.2 三级交流发电机组系统仿真研究

4.2 三级交流发电机组系统仿真参数整定

4.3 三级无刷发电机组系统控制模型

4.3.1 三级无刷交流同步发电机控制模型

4.3.2 微型燃机发电机组电压调节系统控制模型与特性分析

4.4 本章小结

第5章 三级无刷交流发电机励磁控制器设计

5.1 模拟量校正装置的离散化设计

5.2 最小拍控制器设计

5.3 最小拍自适应控制器设计

5.4 控制效果比较与分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本文工作要占

6.2 后续研究工作

参考文献

致谢