交流励磁发电机励磁控制系统研究

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摘要 交流励磁发电机具有非常优越的独特性是超越异步发电机和传统同步发电机，广泛应用于变速恒频发电领域。本文通过对交流励磁发电机励磁控制系统的研究，基于全模糊控制器，控制算法和系统实现相对简单控制过程中只需要测量转子转速及位置角、定子电流和电压。本文提出的交流励磁发电机控制系统是基于全模糊控制器的新式的交流励磁发电机控制系统，此系统可以实现转速和有功、无功的独立操控，系统在整体设计上具有较好的可操控性和动态性能。

关键词 交流励磁发电机控制系统；双PWM变换器；数字信号处理器；实验

中图分类号TM34 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）87-0078-01

0 引言

交流励磁发电机不仅具有变速恒频发电能力，而且还具有转速、无功和有功的独立调节能力，发挥交流励磁发电机可靠性、运行的灵活性、良好的调节性能的关键是采用性能优良的变频励磁电源和合适的励磁控制策略。

1 交流励磁用双PWM变换器概述

双PWM变化器构成系统分为两个部分，其系统构成由两个紧密连接的电压型PWM变换器子结构组合而成，一是转子侧变换器，另一个为电网侧变换器，两个变换器由双定点DSP控制系统衔接。对此系统做两种不同情况下的分析：

1）当发电机在超同步状态运行的情况下。转子侧变换器将分转差功率数据输送与总电网数据库，此时转子侧变换器在PWM整流状态下运行，电网侧变化器工作于PWM逆变状态；

2）在发电机运行于次同步状态的时候，工作于PWM逆变状态的是转子侧变换器，工作于PWM整流状态的是电网侧变换器。转子侧变换器建立需要的直流侧电压是通过控制网侧变换器实现的，发电机的解耦励磁控制的实现是通过利用合适的转子侧变换器来实现控制的设计策略。

2 基于全模糊控制器的交流励磁发电机解耦励磁控制

双通道解耦励磁控制策略、矢量控制技术等都是交流励磁发电机的控制方法，这些方法是建立在系统精确数学模型之上的方法。但这些方法使高性能的精确励磁控制很难实现，因为他们的控制效果以准确的发电机参数为基础，不能应用在严重非线性、参数时变性大、于高阶强耦合的交流励磁发电机控制中。而交流励磁发电机励磁控制中应用模糊控制技可以实现良好的鲁棒性和动静态品质，而且它具有良好的控制性，不一控制对象的精确数学模型做依赖。

3 解耦励磁控制

1）分析交流励磁发电机连接具有的属性

相对的低于同步转速便为正。改变定子有功和无功的因子是任何转子电压分量的改变。易于实现和调试、计算量小、自适应性强、结构简单等都是单变量模糊控制器具有的优点，这恰好满足了系统的实时控制在有功和无功高性能方面的要求，使控制器的设计得以简化，这样取代了多变量模糊控制器或PID 调节器；

2）定子电压定向是控制系统采用的方式，通过独立的单变量模糊控制器实现转子励磁电压分量对有功和无功的交叉耦合作用。交流励磁发电机可以比做一个非线性黑箱式结构，其中有自适应调整的PID 控制器如同模糊控制器。有功和无功的独立控制的实现通过转子电压控制信号的最优搭配，而这个信号的得到是利用具有自调整功能的自调整功能实现的。最终，通过检测出投影在转子三相坐标系的转子电压控制信号，结合转子位置角，由控制信号控制转子和网侧变化器，最终实现对三相交流励磁的控制；

3）这个系统实现的核心要点是4个独立设计的模糊控制器，其中由于控制对象具有参数变换性，系统复杂、人为不稳定因素的制约影响，因此最好的模糊控制算法是采用智能权函数，这样不需要对模糊推理规则和模糊变量的隶属度函数进行确定，一定程度上使系统的简化设和动态特性得以有效的提高。

4 建立实验系统

实验机组系统的组成核心元素是双PWM 控制功率变换器及其控制电路。TMS320F2812和双PWM 控制变频器是控制单元的核心，控制单元的辅助部分包括保护、驱动电路等。首先采集转子位置信号，这些信号是由光电编码器、定子电压和电流提供的，转子侧变换器的驱动信号是通过模糊励磁控制算法得到的，这一信号能以实现励磁控制。

5 结论

通过对交流励磁发电机励磁控制系统的研究，基于全模糊控制器，控制算法和系统实现相对简单控制过程中只需要测量转子转速及位置角、定子电流和电压。总而言之，其具有的优势具有很大的实用价值。

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