异步发电机电压稳定的模糊控制策略研究

作     者：刘国壮 

作者单位：青岛大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴新振

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：STATCOM 自激异步发电机 模糊控制 双dq变换锁相环 稳压控制 

摘      要：鼠笼转子自励异步发电机（Self-excited Induction Generators,SEIG）与同步发电机相比具有坚固耐用、结构简单、易于制造等优点,已成为当下独立电源、移动电站的研究和应用热点之一。异步发电系统作为独立供电系统在运行时,机端电压容易受到负载变化的影响,故必须投入无功补偿装置以提高其带载能力,使其电压恢复到额定值。静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator,STATCOM）是重要的无功补偿装置,其由全控型开关器件组成的自换向逆变器以及选配的储能装置构成,工作原理基于瞬时无功功率理论,具有动态响应迅速、无功调节平滑等优势。模糊控制是一种无需被控对象精确数学模型的智能控制,具有适应性强、控制精确、易于设计等优点,模糊控制已成为控制领域应用最广泛的控制手段之一。本文主要研究采用模糊PI控制策略的STATCOM系统,并将其用于补偿鼠笼转子异步发电机机端电压。论文从SEIG工作原理出发,基于dq坐标变换分析定、转子之间电流电压关系,在考虑励磁电感饱和性的基础上,建立精确的电机暂态模型,并对模型进行空载建压仿真;随后通过分析STATCOM拓扑结构,搭建时域数学模型。采用劳斯判据对STATCOM系统进行稳定性分析,并对装置的响应时间进行推理估算。在传统PI控制器基础上采用模糊控制策略,使PI控制参数能够自动调整,实现了STATCOM系统在dq坐标系下的精确控制。设计一种双dq坐标系自解耦锁相环跟踪系统,从而能够得到负载电压相位角及正负序矢量,自解耦锁相环跟踪系统主要思想是对旋转方向相反的两组派克变换结果进行交叉解耦,采用负序电压前馈控制策略,以实现三相电压、电流基波正序相位跟踪。STATCOM系统采用模糊控制策略下的双闭环直接电压控制方式,对电压环和电流环分别设计,并建立Simulink模型进行仿真验证。在STATCOM与SEIG实验系统基础上,采用相关软件进行编程,通过实验验证控制策略的可行性。从仿真结果和实验结果的比对可以看出,基于模糊控制策略的STATCOM可有效应用于异步发电机带载运行系统的无功补偿,且能比传统PI控制更好地平滑调节机端电压,从而提高了异步发电独立系统的稳定运行能力。