储能脉冲发电机能量释放控制算法研究

High capacity pulsed-power generator intergrated with enery storage unit can provide high pulsed power for special loads with decreaseing roting speed. it is very complex to the conversion of the mechanic-electric proceeding because of the decreasing rotoring speed and the inceasing load. It is different for the traditional close loop to meet the rapid response need, and it becomes one of the major obstacle of the generator popularing. Therefor , the critical control strategy should be studied profoundly..Study on multiple sets of multi-phase winding layouts of pulsed-power generator will be precessed, and the high-order space-state function will be study as well as the parameters. Taking into account the rapid response and the difference of operation condition between pulsed-power generator and normal one, the feed-forword plus close loop control method is proposed, and the method to get parameters via theoretical analysis will be studied as well. A control method study to decrease the voltage drop for the rectified generator with capacitance load is proposed. The full generator simulation system including excitation parts is established to evaluate the control strategy. Finally, the validity and accuracy of proposed techniques will be checked by simulation studies and experimental tests

大容量集成式储能脉冲发电机通过降低转速将机械能转换为电能向负载供电，转速快速下降、负载快速增加的工作特性导致机电转换过程十分复杂。传统的闭环控制策略难以满足能量快速释放的要求，成为储能脉冲发电机推广应用的主要障碍之一，因此需要对发电机能量释放控制策略开展深入研究。. 针对储能脉冲电机的多套多相绕组电磁方案建立高阶状态方程模型，确定状态方程参数；结合脉冲发电机特殊的运行工况以及快速响应的要求，提出了前馈加双闭环励磁控制策略，并分析转速和负载同时变化条件下前馈及闭环控制参数提取方法。针对发电机整流带容性负载固有的非线性区间，研究相应的控制策略以减小电压跌落。构建包括励磁控制的发电机仿真模型，并对所提出的控制策略进行仿真研究。最后，利用现有的研究平台，对采用上述控制算法的脉冲发电机能量释放规律进行试验验证。

大容量集成式储能脉冲发电机整流后常应用于短时大功率逆变负载场合，储能脉冲发电机通过长时间小功率从电网吸收能量，将能量存储于高速旋转的飞轮转子中；放电时，在励磁控制系统作用下通过降低转速将机械能转换为电能向负载释放。对于转速快速下降、负载快速增加的工况，储能脉冲发电机处于机械动态与电磁暂态强耦合过程，导致机电转换过程十分复杂。为维持直流母线电压稳定，励磁控制系统需要同时补偿因转速下降和负载增加导致的直流母线电压跌落，因此要求励磁控制系统具有快速强励磁特性。传统的闭环控制策略难以满足励磁控制系统快速强励磁的要求，成为储能脉冲发电机推广应用的主要障碍之一，因此需要对储能脉冲发电机能量释放控制策略开展深入研究。.本课题针对大容量储能脉冲发电机的多套多相绕组电磁方案建立了主发电机及其励磁控制系统数学模型，并对主发电机数学模型进行了等效降阶。针对励磁控制系统快速强励磁需求，提出一种前馈加双闭环励磁控制策略，并根据电压矢量三角形详细推导了前馈控制方程；为解决电机转速和负载同时变化时解析分析困难的难题，提出了一种通过电机试验提取前馈控制参数的方法。针对发电机整流带容性负载固有的非线性区间，通过一种带动态限幅的抗饱和算法有效减小了直流母线电压跌落问题。搭建了包括励磁控制系统在内的储能脉冲发电机仿真模型，通过RT-LAB实时仿真平台对所提出的控制策略进行仿真研究；最后利用实验室现有的试验平台，对能量释放控制算法进行试验验证。仿真结果试验结果一致性表明前馈加闭环控制算法可以维持直流母线电压稳定，实现了能量释放的精确控制。