无刷双馈电机直接转矩控制研究及应用

论文摘要

无刷双馈电机是一种新型电机,可以实现异步、同步、双馈等多种运行方式。它既可以作为电动机运行于交流调速系统中,也可作为发电机运行于变速恒频恒压发电系统中,由于该种电机具有变频器（励磁装置）容量小,功率因数可控,四象限无级调速,无刷化运行等特点,因而在风机和泵类机械的节能调速系统及变速恒频的水力和风力发电系统中具有广阔的应用前景。根据转子结构的不同,无刷双馈电机主要分为磁阻式和鼠笼式两种类型,本文以无刷双馈磁阻电机（BDFRM）为主要研究对象。论文从无刷双馈电机的气隙磁场出发,系统地分析了无刷双馈电机的运行原理和定转子基本结构,并推导了电机在转子速d-q-0旋转坐标系下的动态方程,利用该动态方程又分别研究了电机在同步、异步和双馈状态下的动态特性。基于仿真结果的分析表明,该种电机在三种运行方式下均具有优良的特性。借助MATLAB/SimuLink工具,本文搭建了电机的常规直接转矩控制（DTC）模型,并深入分析了此种控制策略的优缺点,相关的仿真试验给出了与理论分析一致的仿真结果,从而证明了模型的正确性。针对常规直接转矩控制的缺点,本文提出利用智能控制的方法来改善转矩、磁链的滞环控制,从而达到提高电机的动态性能。论文首先利用模糊控制建立电机的逆变器开关表;然后针对模糊隶属函数的参数和模糊规则表利用遗传算法进行优化。遗传算法是一种优良的智能算法,在函数优化方面具有其他算法无可比拟的优点,但其本身也存在着不足,例如:早熟现象,局部搜速效率低等,在深入分析其缺陷的的基础上,本文提出了混沌免疫遗传算法。利用免疫算法的浓度调节机制改善遗传算法的早熟现象;利用混沌算法的随机性、遍历性和规律性提高遗传算法的局部搜索能力,以使其更快的收敛到最优点。最后,论文搭建了无刷双馈电机的智能控制仿真模型,利用仿真模型验证了上述算法的有效性和对电机性能的极大改善。本文的最后介绍了无刷双馈电机在风力发电方面的应用,相信论文所完成的工作,对直接转矩控制策略在风电方面的实用化具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 交流调速系统发展概况
• 1.1.2 无刷双馈电机及其控制技术的发展概况
• 1.1.3 直接转矩控制技术的发展概况
• 1.1.4 智能控制及算法
• 1.2 本论文的研究意义和主要内容
• 1.2.1 本论文的研究意义
• 1.2.2 本论文的主要内容
• 第二章 无刷双馈电机的基本理论及特性分析
• 2.1 无刷双馈电机的结构特点
• 2.1.1 定子主、副绕组的极数
• 2.1.2 定子主、副绕组型式
• 2.1.3 电机转子的结构
• 2.2 无刷双馈电机的数学模型
• 2.2.1 基本方程
• 2.2.2 无刷双馈电机的电感参数
• 2.2.3 电机的电感参数计算
• 2.2.4 无刷双馈电机的d-q-o 模型
• 2.2.5 无刷双馈电机的等效电路
• 2.3 无刷双馈电机的运行方式
• 2.4 运行方式仿真及分析
• 2.4.1 异步运行
• 2.4.2 同步运行
• 2.4.3 双馈运行
• 2.5 本章小结
• 第三章 无刷双馈电机直接转矩控制理论及结构
• 3.1 无刷双馈电机直接转矩控制理论基础
• 3.2 空间电压矢量原理及其在直接转矩控制中的作用
• 3.2.1 空间电压矢量原理
• 3.2.2 电压矢量对磁链、转矩的控制
• 3.2.3 开关电压矢量的选择
• 3.3 无刷双馈电机直接转矩控制系统的结构
• 3.4 无刷双馈电机的DTC 系统的仿真研究
• 3.4.1 亚同步运行时的仿真研究
• 3.4.2 超同步运行时的仿真研究
• 3.4.3 无刷双馈电机DTC 仿真结论
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于遗传算法的模糊直接转矩控制研究
• 4.1 模糊控制
• 4.1.1 模糊控制器的基本结构
• 4.1.2 模糊控制中待优化的问题
• 4.2 遗传算法
• 4.2.1 遗传算法的特点
• 4.2.2 遗传算法在模糊控制中的应用现状
• 4.3 模糊控制器的设计
• 4.4 遗传算法优化模糊参数
• 4.5 遗传优化的模糊直接转矩仿真
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于混沌免疫的遗传模糊直接转矩控制
• 5.1 免疫算法
• 5.2 免疫遗传算法
• 5.2.1 免疫遗传算法的基本原理
• 5.2.2 基于矢量距的免疫遗传算法
• 5.2.3 基于矢量距的免疫遗传算法设计
• 5.3 混沌理论
• 5.4 混沌遗传算法
• 5.4.1 混沌变异算子
• 5.4.2 混沌映射和混沌扰动算子
• 5.4.3 混沌遗传算法的设计
• 5.5 混沌免疫遗传算法
• 5.6 仿真结果
• 5.7 本章小结
• 第六章无刷双馈电机DTC 技术在风电中的应用
• 6.1 中国风电发展状况
• 6.2 风力发电机组的结构型式
• 6.2.1 恒速恒频风力发电机组
• 6.2.2 变速恒频风力发电机组
• 6.3 双PWM 变频器
• 6.4 无刷双馈风力发电机的控制仿真
• 6.4.1 风力机功率特性
• 6.4.2 风力机控制策略
• 6.4.3 DTC 在风电系统中的仿真模型
• 6.4.4 仿真结果分析
• 6.5 虚拟现实技术在风电中的应用
• 6.6 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文
• 个人简历