一种基于优化算法的同步发电机励磁控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于优化算法的同步发电机励磁控制系统及方法，包括信号采集传感器

【技术实现步骤摘要】
一种基于优化算法的同步发电机励磁控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及无刷励磁同步发电机领域，具体的涉及一种基于优化算法的同步发电机励磁控制系统及方法
。

技术介绍

[0002]无刷励磁同步发电机的发电机转子绕组采用的是交流励磁机提供励磁电流，具有结构紧凑
、
电路简单
、
运行可靠
、
控制方便和维护量小等优点
。
该结构省去了电刷和滑环，不会产生换向火花，适合在危险的工作环境中运行
。
同时，也提高了电机的绝缘寿命，省去了维护工作以及提高了励磁系统的可靠性
。
使无刷励磁系统能够在有防爆
、
防尘
、
防腐蚀等要求的特殊场合使用，在矿山
、
石油
、
化工等领域中广泛运用
。
无刷励磁系统稳定性高，是大容量发电机组的常用励磁方式之一
。
发电机的励磁控制系统设计的好坏直接影响发电机和电力系统的运行性能
。

技术实现思路

[0003]本专利技术一方面提供了一种基于优化算法的无刷励磁同步发电机励磁控制系统，本专利技术提出的控制算法能够适应多种类型的发电机结构
。
包括信号采集传感器
、
定子端微处理器
、
通信系统
、
轴上微处理器
、
数字化电流控制装置；
[0004]基于优化算法的无刷励磁同步发电机励磁控制系统能够实时采集输出电压
、
电流等发电机状态信息，根据优化算法，实时计算控制参数，并将控制参数发送至励磁电流控制装置，调整励磁电流大小
。
[0005]优选的，所述信号采集传感器，主要用于采集同步发电机输出端电压
、
电流
、
相角，转子转速，励磁电流等信息
。
[0006]优选的，所述定子端微处理器，安装在定子端，不随转子转动，能够快速处理各个传感器获取的信息，并采用相应的智能算法进行控制，确保发电机输出保持稳定
。
[0007]优选的，所述通信系统，主要为连接定子端微处理器和轴上微处理器，将定子端微处理器控制指令发到轴上微处理器，并将励磁电流等参数传递给定子端微处理器，通常采用光电耦合通信器件或者无线通信模式
。
[0008]优选的，所述轴上微处理器，主要为接收定子端控制指令，并转化为励磁电流的控制参数，同时可将励磁发电机及励磁电流等参数发送至定子微处理器；
[0009]数字化电流控制装置，主要为可控硅整流器，能够根据输入的控制参数，改变流过的电流大小
。
[0010]本专利技术另一方面提供了一种基于优化算法的无刷励磁同步发电机励磁控制方法，包括：
[0011]步骤
S1
：同步发电机启动，转子转速由零逐渐增加至额定转速；
[0012]步骤
S2
：励磁发电机随转子转速增加，输出电流逐渐增加；
[0013]步骤
S3
：主发电机电枢建立旋转磁场，电子切割磁感线，输出三相交流电；
[0014]步骤
S4
：随着发电机进入额定工作状态，输电电压
、
电流达到额定值；
[0015]步骤
S5
：当负载和相关电气参数变化时，输出电压电流发生变化；
[0016]步骤
S6
：实时采集输出电压
、
电流等发电机状态信息，根据优化算法，实时计算控制参数，并将控制参数发送至励磁电流控制装置，调整励磁电流大小；
[0017]步骤
S7
：通过励磁电流控制，确保输出端电压保持稳定，并针对特殊情况，采取灭磁等保护性措施
。
[0018]优选的，
t
时刻，输出电压
U(t)
输出是轴转速
Vr(t)
和励磁电流
I(t)
的函数
[0019]U(t)
＝
T(I(t),Vr(t))
；
[0020]设数字化电流控制装置的控制参数由控制指令
X
解码获得，则系统稳定运行需要优化控制指令
X
，从而获得最优的
I(t)
，使得输出电压
U(t)
为期望值
[0021]I(t)
＝
F(X,Vr(t))
；
[0022]定子端微处理器基于智能优化算法，针对控制指令
X
，其输入为输出电压与设定值偏差
、
轴转速
、
励磁电流大小，为提高瞬态相应速度，将上述参数的一阶变化量也作为输入信息，则共有6个参数输入定子端微处理器
[0023][0024]为输出电压变化速率，通过在微处理器中设定判断阈值，将短路
、
断路情况快速识别，不经过优化算法直接输出控制指令；
[0025]为转速变化率，当转速变化率超出设定阈值时，表示发电机的原动机存在故障，应及时报警，必要时切断动力耦合器以保护发电机；
[0026]为励磁电流变化率，通过该参数能够反映当前控制系统的工作状态，如果超出设定阈值，则会影响数字化电流控制装置工作效率，应检查发电机工作状态；
[0027]当处于正常区间时，此时定子端微处理器通过智能优化算法对控制指令进行优化
。
[0028]优选的，设控制指令
X
为
D
维向量，优化的目标函数为输出电压与设定值差的平方
[0029]J(X)
＝
(T(F(X,Vr(t)),Vr(t))
‑
U0)2ꢀꢀ
(1)
；
[0030]此外，需要满足励磁电流调节的约束，即
I
min
≤I(t)≤I
max
。
[0031]优选的，优化方法具体包括：
[0032]步骤1：初始化阶段，随机生成
SN
个食物源，每个食物源表示一个控制指令的初始解，用
D
维向量表示：
X
i
＝
[x
i1
,x
i2
,
…
,x
iD
]，
i
＝
1,2,
…
,SN
；解空间的上限
UB
＝
[UB1,UB2,
…
,UB
D
]，下限
LB
＝
[LB1,LB2,
…
,LB
D
]，则初始的食物源位置即初始解为
[0033]x
id
＝
LB
d
+(UB...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于优化算法的无刷励磁同步发电机励磁控制系统，其特征在于：所述基于优化算法的无刷励磁同步发电机励磁控制系统包括信号采集传感器
、
定子端微处理器
、
通信系统
、
轴上微处理器
、
数字化电流控制装置；所述基于优化算法的无刷励磁同步发电机励磁控制系统能够实时采集输出电压
、
电流发电机状态信息，根据优化算法，实时计算控制参数，并将控制参数发送至励磁电流控制装置，调整励磁电流大小
。2.
根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述信号采集传感器，主要用于采集同步发电机输出端电压
、
电流
、
相角，转子转速，励磁电流信息
。3.
根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述定子端微处理器，安装在定子端，不随转子转动，能够快速处理各个传感器获取的信息，并采用相应的智能算法进行控制，确保发电机输出保持稳定
。4.
根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述通信系统，主要为连接定子端微处理器和轴上微处理器，将定子端微处理器控制指令发到轴上微处理器，并将励磁电流参数传递给定子端微处理器，通常采用光电耦合通信器件或者无线通信模式
。5.
根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述轴上微处理器，主要为接收定子端控制指令，并转化为励磁电流的控制参数，同时将励磁发电机及励磁电流参数发送至定子微处理器；数字化电流控制装置，主要为可控硅整流器，能够根据输入的控制参数，改变流过的电流大小
。6.
一种基于优化算法的无刷励磁同步发电机励磁控制方法，用于权利要求1‑5任一项权利要求所述系统，其特征在于：步骤
S1
：同步发电机启动，转子转速由零逐渐增加至额定转速；步骤
S2
：励磁发电机随转子转速增加，输出电流逐渐增加；步骤
S3
：主发电机电枢建立旋转磁场，电子切割磁感线，输出三相交流电；步骤
S4
：随着发电机进入额定工作状态，输电电压
、
电流达到额定值；步骤
S5
：当负载和相关电气参数变化时，输出电压电流发生变化；步骤
S6
：实时采集输出电压
、
电流发电机状态信息，根据优化算法，实时计算控制参数，并将控制参数发送至励磁电流控制装置，调整励磁电流大小；步骤
S7
：通过励磁电流控制，确保输出端电压保持稳定，并针对特殊情况，采取灭磁等保护性措施
。7.
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤
S6
具体包括如下优化算法：
t
时刻，输出电压
U(t)
输出是轴转速
Vr(t)
和励磁电流
I(t)
的函数
U(t)
＝
T(I(t),Vr(t))
；设数字化电流控制装置的控制参数由控制指令
X
解码获得，则系统稳定运行需要优化控制指令
X
，从而获得最优的
I(t)
，使得输出电压
U(t)
为期望值
I(t)
＝
F(X,Vr(t))
；定子端微处理器基于智能优化算法，针对控制指令
X
，其输入为输出电压与设定值偏
差
、
轴转速
、
励磁电流大小，为提高瞬态相应速度，将上述参数的一阶变化量也作为输入信息，则共有6个参数输入定子端微处理器
{U(t)
‑
U0、Vr(t)、I(t)、、Vr(t)、I(t)、
为输出电压变化速率，通过在微处理器中设定判断阈值，将短路
、
断路情况快速识别，不经过优化算法直接输出控制指令；为转速变化率，当转速变化率超出设定阈值时，表示发电机的原动机存在故障，应及时报警，必要时切断动力耦合器以保护发电机；为励磁电流变化率，通过该参数能够反映当前控制系统的工作状态，如果超出设定阈值，则会影响数字化电流控制装置工作效率，应检查发电机工作状态；当处于正常区间时，此时定子端微处理器通过智能优化算法对控制指令进行优化
。8.
根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述定子端微处理器通过智能优化算法对控制指令进行优化具体包括如下步骤：设控制指令
X
为
D
维向量，优化的目标函数为输出电压与设定值差的平方
J(X)
＝
(T(F(X,Vr(t)),Vr(t))
‑
U0)2；
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
此外，需要满足励磁电流调节的约束，即
I
min
≤I(t)≤I
max
。9.
根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述优化方法具体包括：步骤1：初始化阶段，随机生成
SN
个食物源，每个食物源表示一个控制指令的初始解，用
D
维向量表示：
X
i
＝
[x
i1
,x
i2
,
…
,x
iD
]
，
i
＝
1,2,
…
,SN
；解空间的上限
UB
＝
[UB1,UB2,
…
,UB
D
]
，下限
LB
＝
[LB1,LB2,
…
,LB
D
]
，则初始的食物源位置即初始解为
x
id
＝
LB
d
+(UB
d
‑
LB
d
)
·
rand(0,1)
式中，
i
＝

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟生，邱万成，
申请(专利权)人：无锡法拉第电机有限公司，
类型：发明
国别省市：