基于Lyapunov理论和粒子群优化的自励异步发电机稳定自适应PI控制

采用静止同步补偿器并补自励异步发电机系统可望解决可再生能源独立供电系统建设成本高、机组可靠性差的问题。为克服静止同步补偿器并补自励异步发电机系统稳压PI控制器参数难以整定且控制器缺乏自适应性的不足，从设计稳定自适应PI控制器的目标出发，基于Lyapunov理论，对交流电压PI控制器参数进行自适应设计,同时还采用粒子群优化方法,对自适应增益进行动态优化，以改进自适应控制器的动态特性。研究内容涉及Lyapunov能量函数的构造、PI控制器参数更新律设计、自适应增益粒子群优化、控制器参数收敛于真值的持续激励的信号构造、控制器参数自整定、闭环系统的鲁棒性分析、系统的实验评估。这些研究旨在简化控制系统的设计和调试过程，提高系统的经济性和可用性。预期的研究成果对于微水电、小风电、风光互补发电和应急供电等独立发电系统研发具有重要的意义，对并网无功补偿控制设计也有积极的参考意义，应用前景广阔。

针对静止同步补偿器并补自励异步发电机系统稳压PI自适应控制设计，为克服其闭环系统固有的非线性时变特性给稳定性分析及控制器不易实时实现的困难，采用机端虚拟磁链定向控制方法，直接在自然坐标实施有功及无功PI控制设计，该设计无需任何坐标变换，仅依靠电机测量信号，无需任何电机模型及内部参数，既简化控制器设计，又易于实现，与采用同步旋转坐标的PI控制系统相比，代码执行速度加快，由此可以抵消在线粒子群优化控制器参数增加的系统复杂性。在此基础上，不但完成了计划书拟定的研究内容，还将自然坐标控制方法推广至并网变流器和其他电机控制系统的设计，取得系列的研究成果，主要包括：（1）比较系统地建立了异步发电机暂、稳态运行全过程的机理性分析方法，该方法与以往主要基于数值迭代计算的分析方案有很大不同，更加适用于异步发电机的系统配置和安全运行保护措施的优化设计及其综合性能评价，为提高风能等新能源发电系统的能量转换效率和运行可靠性提供新的理论依据。（2）从设计稳定自适应PI 控制器的目标出发，基于Lyapunov 理论，对交流电压PI 控制器参数进行自适应设计,同时还采用粒子群优化方法,对自适应增益进行动态优化，以改进自适应控制器的动态特性。这些研究旨在简化控制系统的设计和调试过程，提高系统的经济性和可用性。研究成果对于独立发电系统及并网变流器控制设计具有重要的意义。.已发表学术论文27篇（8篇被EI收录），培养博士生2名、硕士生12名，骨干教师晋升高一级职称1人。