專利名稱：基于動態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)雙通道勵(lì)磁控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制方法，特別是涉及一種基于動 態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)雙通道勵(lì)磁控制方法。
背景技術(shù)：
雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在同步坐標(biāo)軸系下定子有功和無功只與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的rf、 9軸分量有關(guān)，根據(jù)這一基本原理，為實(shí)現(xiàn)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有功、無功的解稱控 制，現(xiàn)有的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方法，大致可分為三類， 一類是基于同步 坐標(biāo)軸系的雙通道多變量反饋勵(lì)磁控制方法；第二類是基于同步電動機(jī)變頻調(diào) 速矢量控制所提出的矢量勵(lì)磁控制方法；第三類是建立在電機(jī)多標(biāo)量模型基礎(chǔ) 上的多標(biāo)量勵(lì)磁控制方法。但是這些控制方法都存在一些難以避免的缺陷，通 常表現(xiàn)在以下方面")基于同步坐標(biāo)軸系的雙通道多變量反饋勵(lì)磁控制方法，在 轉(zhuǎn)差率不為0時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓、電流間產(chǎn)生交叉耦合，必須由定、轉(zhuǎn)子電流 構(gòu)成硬性負(fù)反饋進(jìn)行補(bǔ)償，使得勵(lì)磁控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，動態(tài)控制效果受到影 響；ZO矢量勵(lì)磁控制方法為了實(shí)現(xiàn)定子磁場定向，必然導(dǎo)致控制系統(tǒng)的復(fù)雜性， 且其控制方法的理論推導(dǎo)中作了大量的簡化，造成控制模型的精度下降；c)多標(biāo) 量勵(lì)磁控制方法的控制系統(tǒng)比較簡單，但由于其數(shù)學(xué)模型的不準(zhǔn)確性，從而導(dǎo) 致雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在動態(tài)過程中的響應(yīng)變差、暫態(tài)穩(wěn)定性不好。因此在工程實(shí) 際運(yùn)用中，迫切需要一種新型的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方法，使雙饋感應(yīng)發(fā) 電機(jī)能夠發(fā)揮更好的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目.的是克服現(xiàn)有雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方法的不足，提供一種 基于動態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)雙通道勵(lì)磁控制方法。該控制方法利用發(fā) 電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)有功僅與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量《在動態(tài)同步軸系rf'軸上的分量 C/二有關(guān)，而無功僅與《'軸上的分量t/;有關(guān)的原理，構(gòu)成的勵(lì)磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡 單，有利于勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了勵(lì)磁控制系統(tǒng)魯棒性，具有良好的動態(tài) 跟蹤能力，使發(fā)電機(jī)具有良好的動暫態(tài)穩(wěn)定性，有效的彌補(bǔ)了上述控制方法的 缺陷，特別適用于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制。
本發(fā)明提供的基于動態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方法，可以通 過以下方式來加以實(shí)現(xiàn)
a)建立雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功、無功與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量在動態(tài)同步軸
系下分量的關(guān)系方程
雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在同步坐標(biāo)兩軸系下的穩(wěn)態(tài)電壓方程為，
<formula>formula see original document page 6</formula>其中，、、4、 "w、 R,分別為定子電流、電壓在同步坐標(biāo)軸系下的分量; A,、 ；、 "w、 "w分別為轉(zhuǎn)子電流、電壓在同步坐標(biāo)軸系下的分量；XS=A+XW， A、及,為定轉(zhuǎn)子電阻，義M為定轉(zhuǎn)子互抗，X,、 A為定轉(zhuǎn)子電抗，Zw=_^+J^ 為變壓器與線路電抗之和，s為轉(zhuǎn)差率；
則穩(wěn)態(tài)電流方程為，
<formula>formula see original document page 6</formula>其中，導(dǎo)納矩陣為電壓方程中阻抗矩陣Z的逆矩陣；
當(dāng)定子電壓相量取在同步坐標(biāo)軸系的J軸上時(shí)，即^=0，則定子電流/, 「表示為，
則定子輸出有功、無功可表示為，
<formula>formula see original document page 6</formula>
&、 &、 &、 ！^可由電壓方程中的阻抗矩陣Z表示為，
<formula>formula see original document page 6</formula>其中<formula>formula see original document page 6</formula>則定子輸出有功、無功可表示為，200810232908.X
說明書第3/6頁
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，令
:<formula>formula see original document page 7</formula>則定子輸出有功、無功可表示為<formula>formula see original document page 7</formula>，
而上式中的<formula>formula see original document page 7</formula>。可認(rèn)為是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量Ur在一個(gè)
新的旋轉(zhuǎn)軸系d'、q'軸上的投影，
<formula>formula see original document page 7</formula>其中，新旋轉(zhuǎn)軸系為本方案中所涉及的動態(tài)同步軸系，則定子輸出有功、 無功與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓的動態(tài)同步軸系分量的關(guān)系式為，
6)由雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有功、無功與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量在動態(tài)同步軸系下分量
的關(guān)系式，建立基于動態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)雙通道勵(lì)磁控制方程
雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有功、無功與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量在動態(tài)同步軸系下分量的 關(guān)系式表明，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)有功僅與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量《在動態(tài)
同步軸系^軸上的分量C/。有關(guān)，而無功僅與《'軸上的分量C^有關(guān)，控制轉(zhuǎn)子勵(lì) 磁電壓相量《在"'、《'軸上的投影，可實(shí)現(xiàn)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有功、無功的獨(dú)立 控制。
基于動態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)雙通道勵(lì)磁控制方程為，
其中，w,、 c^分別為當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓在動態(tài)同步軸系"'、9'
軸上的分量，t/;d。、 (^。為前一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓在動態(tài)同步軸系w、《'軸
上的分量，AP為發(fā)電機(jī)設(shè)定有功輸出與前一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的有功輸出與之差；&
為發(fā)電機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)差率與前一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)差率之差；A2為發(fā)電機(jī)設(shè)定無功輸 出與前一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)無功輸出之差；而^、 &、 ^分別為反饋系數(shù)；
《把轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓在動態(tài)同步軸系下的分量f/; 、 f/;/變換到轉(zhuǎn)子實(shí)際三相繞
組C7,。、 f/rt、 ^/ 上，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子電壓的控制，其控制方程可表示為-
^ = cos(P +120°)+1/; sin(P +120°) "rc = cos(P -120°)+ sin(P -120°)
其中，^為轉(zhuǎn)子"相相軸相對于動態(tài)同步軸系W軸的電角度，^角度的計(jì)算 方法可按以下步驟得到，
1) 動態(tài)同步軸系W相對于同步軸系"軸間的電角度5，由電機(jī)參數(shù)和轉(zhuǎn)差率 s計(jì)算出導(dǎo)納系數(shù)&、 &，得到5角；
2) 同步軸系d軸相對于定子^相相軸的電角度《，由發(fā)電機(jī)定子三相電壓瞬 時(shí)值經(jīng)過坐標(biāo)變換，
C w =②x (C/a + a" + a2[/c) 則相量^的相角為所求的電角度《；
3) 轉(zhuǎn)子a相相軸相對于定子」相相軸的電角度《，由光電碼盤或其它位置測 量方法獲得；
4) 在得到5、《、《后，則可得出動態(tài)同步軸系的位置^角度為， 本發(fā)明的有益效果是
1. 勵(lì)磁控制結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的有功、無功、轉(zhuǎn)速的獨(dú) 立調(diào)節(jié)，并具有良好的動態(tài)響應(yīng)性能和動態(tài)跟蹤效果。
2. 基于動態(tài)同步坐標(biāo)軸系的雙通道勵(lì)磁控制系統(tǒng)，各反饋系數(shù)對有功通道 和無功通道的影響是各自獨(dú)立的，相互耦合影響較小，提高了勵(lì)磁控制的魯棒 性，便于勵(lì)磁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。
3. 基于動態(tài)同步坐標(biāo)軸系下的雙通道勵(lì)磁控制系統(tǒng)，由于能直接控制轉(zhuǎn)子
勵(lì)磁電壓相位，使其在過渡過程中同步功率始終保持為最大值，在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電 壓大小、頻率受限于一定范圍時(shí)，通過轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓的相位控制，充分提高了 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行能力，具有良好的暫態(tài)穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明提供的勵(lì)磁控制方法流程圖2是動態(tài)同步軸系與同步軸系、定子J相相軸、轉(zhuǎn)子fl相相紳間的關(guān)系 圖，d、《軸為定子電壓定向的同步軸系，d'、《軸為動態(tài)同步軸系，^為定子 ^相相軸，"為轉(zhuǎn)子a相相軸，5角為動態(tài)同步軸系相對于同步軸系的電角度，《 角為同步軸系"軸相對于定子^相相軸的電角度，^角轉(zhuǎn)子"相相軸相對于定子 ^相相軸的電角度。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步描述。
在附圖1中，基于動態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方法，可以通 過以下方式來加以實(shí)施。 a)信號檢測部分
交流信號檢測對雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子三相電壓和電流一周期內(nèi)等間隔采 樣32點(diǎn)信號，利用富氏算法計(jì)算得到用實(shí)部、虛部表示的電壓、電流相量，實(shí) 現(xiàn)對交流信號的檢測；
轉(zhuǎn)差率檢測定子電壓整型為方波信號后，計(jì)量方波信號的周期可以得到 同步速度；利用光柵編碼盤的圈脈沖、齒脈沖信號可以計(jì)算轉(zhuǎn)子速度；由同步 速度減去轉(zhuǎn)子速度得到轉(zhuǎn)差率；
轉(zhuǎn)子位置角檢測轉(zhuǎn)子位置角指的是轉(zhuǎn)子a相繞組相對于定子^相繞組的
電角度，通過檢測光柵編碼盤輸出的齒脈沖個(gè)數(shù)得到轉(zhuǎn)子位置角。
的勵(lì)磁控制算法部分
有功、無功計(jì)算利用交流信號檢測得到的定子三相電壓、電流相量，通 過三瓦法計(jì)算得到有功功率和無功功率；
3/2坐標(biāo)變換將發(fā)電機(jī)定子三相電壓瞬時(shí)值經(jīng)過坐標(biāo)變換，得到定子電壓 d軸分量^和同步坐標(biāo)軸系d軸的位置角"軸相對于定子J相繞組的電角度)；
參數(shù)計(jì)算由電機(jī)參數(shù)和轉(zhuǎn)差率^計(jì)算電機(jī)導(dǎo)納矩陣中的值^、 &、 y和動 態(tài)同步軸系與同步軸系間龜角度^;
有功、無功調(diào)節(jié)通道對于有功調(diào)節(jié)通道，引入有功功率尸和轉(zhuǎn)差率s的誤 差量AP和A5作為調(diào)節(jié)量，對于無功調(diào)節(jié)通道，引入無功功率G的誤差量A。作為 調(diào)節(jié)量，經(jīng)計(jì)算得到轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量在動態(tài)同步坐標(biāo)軸系下的分量；
角度計(jì)算由附圖2所示各角度間的關(guān)系計(jì)算轉(zhuǎn)子"相繞組相對于動態(tài)同
步軸系^軸的電角度^;
2/3坐標(biāo)變換利用有功、無功調(diào)節(jié)通道得到的f/;、 f/;和角度計(jì)算中得到 的^獲得轉(zhuǎn)子實(shí)際三相繞組的勵(lì)磁電壓分量K。、 ",A、 "re，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子電壓的控 制。
權(quán)利要求
1. 一種基于動態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方法，其特征在于，該控制方法包含以下步驟a)建立雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)輸出的有功、無功與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量在動態(tài)同步軸系下分量的關(guān)系方程雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在同步坐標(biāo)dq軸系下的穩(wěn)態(tài)電壓方程為，其中，Isd、Isq、Usd、Usq分別為定子電流、電壓在同步坐標(biāo)軸系下的分量；Ird、Irq、Urd、Urq分別為轉(zhuǎn)子電流、電壓在同步坐標(biāo)軸系下的分量；X∑＝Xs+Xw，Rs、Rr為定轉(zhuǎn)子電阻，XM為定轉(zhuǎn)子互抗，Xs、Xr為定轉(zhuǎn)子電抗，Xw＝XT+XL為變壓器與線路電抗之和，s為轉(zhuǎn)差率；則穩(wěn)態(tài)電流方程為，其中，導(dǎo)納矩陣為電壓方程中阻抗矩陣z的逆矩陣；當(dāng)定子電壓相量取在同步坐標(biāo)軸系的d軸上時(shí)，即Usq＝0，則定子電流Isd、Isq可表示為，Isd＝Y(jié)11Usd+Y13Urd+Y14UrqIsq＝Y(jié)21Usd+Y23Urd+Y24Urq則定子輸出有功、無功可表示為，Y13、Y14、Y23、Y24可由電壓方程中的阻抗矩陣z表示為，Y13＝(-sRrX∑XM-s2RsXrXM)/|Z|Y24＝(-sRrX∑XM-s2RsXrXM)/|Z其中，Y13＝Y(jié)24，Y14＝-Y23令，則定子輸出有功、無功可表示為，其中，令則定子輸出有功、無功可表示為，而上式中的Urcos(α+δ)、Ursin(α+δ)可認(rèn)為是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量在一個(gè)新的旋轉(zhuǎn)軸系d′、q′軸上的投影，其中，新旋轉(zhuǎn)軸系為本方案中所涉及的動態(tài)同步軸系，則定子輸出有功、無功與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓的動態(tài)同步軸系分量的關(guān)系式為，b)由雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有功、無功與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量在動態(tài)同步軸系下分量的關(guān)系式，建立基于動態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)雙通道勵(lì)磁控制方程雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有功、無功與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量在動態(tài)同步軸系下分量的關(guān)系式表明，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)有功僅與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量在動態(tài)同步軸系d′軸上的分量有關(guān)，而無功僅與q′軸上的分量有關(guān)，控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量在d′、q′軸上的投影，可實(shí)現(xiàn)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有功、無功的獨(dú)立控制?；趧討B(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)雙通道勵(lì)磁控制方程為，其中，分別為當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓在動態(tài)同步軸系d′、q′軸上的分量，為前一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓在動態(tài)同步軸系d′、q′軸上的分量，ΔP為發(fā)電機(jī)設(shè)定有功輸出與前一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的有功輸出與之差；Δs為發(fā)電機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)差率與前一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)差率之差；ΔQ為發(fā)電機(jī)設(shè)定無功輸出與前一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)無功輸出之差；而KP、KQ、Ks分別為反饋系數(shù)；c)把轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓在動態(tài)同步軸系下的分量變換到轉(zhuǎn)子實(shí)際三相繞組Ura、Urb、Urc上，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子電壓的控制，其控制方程可表示為其中，θ為轉(zhuǎn)子a相相軸相對于動態(tài)同步軸系d′軸的電角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方 法，其特征在于，動態(tài)同步軸系位置的確定，即轉(zhuǎn)子《相相軸相對于動態(tài)同步 軸系^軸的電角度<9， ^角度的計(jì)算方法可按以下步驟得到W動態(tài)同步軸系c/'相對于同步軸系rf軸間的電角度5，由電機(jī)參數(shù)和轉(zhuǎn)差率 s計(jì)算出導(dǎo)納系數(shù)&、 "4，得到3角；6)同步軸系d軸相對于定子J相相軸的電角度《，由發(fā)電機(jī)定子三相電壓瞬 時(shí)值經(jīng)過坐標(biāo)變換，則相量^的相角為所求的電角度《；。轉(zhuǎn)子a相相軸相對于定子j相相軸的電角度《，由光電碼盤或其它位置測 量方法獲得；力在得到S、《、《后，則可得出動態(tài)同步軸系的位置e角度為，= cos(0 + 120°)+ si+ + 120° f/rc = cos(6 -120°)+ C/; sin(P -120°
全文摘要
一種基于動態(tài)同步軸系的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)雙通道勵(lì)磁控制方法，其特征在于在動態(tài)同步軸系下，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，有功僅與動態(tài)同步軸系d′軸上的分量U_rd′有關(guān)，無功僅與動態(tài)同步軸系q′軸上的分量U_rq′有關(guān)，通過控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量U_r在d′、q′軸上的投影，實(shí)現(xiàn)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有功、無功的獨(dú)立控制。該控制方法具有良好的動態(tài)跟蹤能力，提高了勵(lì)磁控制系統(tǒng)的魯棒性，各控制系數(shù)分別影響有功、無功及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程的動態(tài)響應(yīng)，有利于勵(lì)磁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有功、無功、轉(zhuǎn)速的獨(dú)立調(diào)節(jié)，使雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)具有良好的動暫態(tài)穩(wěn)定性。本發(fā)明使雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)用于水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等方面具有穩(wěn)定性好、運(yùn)行范圍廣、能源利用率高等顯著優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02P9/14GK101383579SQ200810232908
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者刃 劉, 駿 姚, 勇 廖 申請人:重慶大學(xué)