[发明专利]基于动态同步轴系的双馈感应发电机双通道励磁控制方法

权利要求书

1.一种基于动态同步轴系的双馈感应发电机励磁控制方法，其特征在于，该控制方法包含以下步骤：

a)建立双馈感应发电机输出的有功、无功与转子励磁电压相量在动态同步轴系下分量的关系方程：

双馈感应发电机在同步坐标dq轴系下的稳态电压方程为，

其中，I_sd、I_sq、U_sd、U_sq分别为定子电流、电压在同步坐标轴系下的分量；I_rd、I_rq、U_rd、U_rq分别为转子电流、电压在同步坐标轴系下的分量；X_Σ＝X_s+X_w，R_s、R_r为定转子电阻，X_M为定转子互抗，X_s、X_r为定转子电抗，X_w＝X_T+X_L为变压器与线路电抗之和，s为转差率；

则稳态电流方程为，

其中，导纳矩阵为电压方程中阻抗矩阵Z的逆矩阵；

当定子电压相量取在同步坐标轴系的d轴上时，即U_sq＝0，则定子电流I_sd、I_sq可表示为，

I_sd＝Y₁₁U_sd+Y₁₃U_rd+Y₁₄U_rq

I_sq＝Y₂₁U_sd+Y₂₃U_rd+Y₂₄U_rq

则定子输出有功、无功可表示为，

Y₁₃、Y₁₄、Y₂₃、Y₂₄可由电压方程中的阻抗矩阵Z表示为，

Y₁₃＝(-sR_rX_ΣX_M-s²R_sX_rX_M)/|Z|

Y₂₄＝(-sR_rX_ΣX_M-s²R_sX_rX_M)/|Z|

其中，Y₁₃＝Y₂₄，Y₁₄＝-Y₂₃

令，

则定子输出有功、无功可表示为，

其中，令

则定子输出有功、无功可表示为，

而上式中的U_rcos(α+δ)、U_rsin(α+δ)可认为是转子励磁电压相量在一个新的旋转轴系d′、q′轴上的投影，

U′_rd＝U_rcos(α+δ)

U′_rq＝U_rsin(α+δ)

其中，新旋转轴系为本方案中所涉及的动态同步轴系，则定子输出有功、无功与转子励磁电压的动态同步轴系分量的关系式为，

b)由双馈感应发电机有功、无功与转子励磁电压相量在动态同步轴系下分量的关系式，建立基于动态同步轴系的双馈感应发电机双通道励磁控制方程：

双馈感应发电机有功、无功与转子励磁电压相量在动态同步轴系下分量的关系式表明，双馈感应发电机稳态运行时有功仅与转子励磁电压相量在动态同步轴系d′轴上的分量U′_rd有关，而无功仅与q′轴上的分量U′_rq有关，控制转子励磁电压相量在d′、q′轴上的投影，可实现双馈感应发电机有功、无功的独立控制，

基于动态同步轴系的双馈感应发电机双通道励磁控制方程为，

U′_rd＝U′_rd0+K_PΔ_P+K_sΔs

U′_rq＝U′_rq0+K_QΔQ

其中，U′_rd、U′_rq分别为当前运行状态时转子励磁电压在动态同步轴系d′、q′轴上的分量，U′_rd0、U′_rq0为前一运行状态时转子励磁电压在动态同步轴系d′、q′轴上的分量，ΔP为发电机设定有功输出与前一运行状态时的有功输出之差；Δs为发电机设定转差率与前一运行状态时的转差率之差；ΔQ为发电机设定无功输出与前一运行状态时无功输出之差；而K_p、K_Q、K_s分别为反馈系数；

c)把转子励磁电压在动态同步轴系下的分量U′_rd、U′_rq变换到转子实际三相绕组U_ra、U_rb、U_rc上，实现对转子电压的控制，其控制方程可表示为：

U_ra＝U′_rdcosθ+U′_rqsinθ

U_rb＝U′_rdcos(θ+120°)+U′_rqsin(θ+120°)

U_rc＝U′_rdcos(θ-120°)+U′_rqsin(θ-120°)

其中，θ为转子a相相轴相对于动态同步轴系d′轴的电角度，

θ角度的计算方法为：由电机参数和转差率s计算出导纳系数Y₁₃、Y₁₄，得到动态同步轴系d′轴相对于同步轴系d轴的电角度δ；由发电机定子三相电压瞬时值经过坐标变换由的相角得到同

步轴系d轴相对于定子A相相轴的电角度θ₁；由光电码盘或其它位置测量方法得到转子a相相轴相对于定子A相相轴的电角度θ₂；得到δ、θ₁、θ₂后即可得出：

θ＝θ₂-θ₁+δ。

2.根据权利要求1所述的基于动态同步轴系的双馈感应发电机励磁控制方法，其特征在于，动态同步轴系位置的确定，即转子a相相轴相对于动态同步轴系d′轴的电角度θ，θ角度的计算方法可按以下步骤得到：

a)动态同步轴系d′相对于同步轴系d轴间的电角度δ，由电机参数和转差率s计算出导纳系数Y₁₃、Y₁₄，得到δ角；

b)同步轴系d轴相对于定子A相相轴的电角度θ₁，由发电机定子三相电压瞬时值经过坐标变换，

其中

则相量的相角为所求的电角度θ₁；

c)转子a相相轴相对于定子A相相轴的电角度θ₂，由光电码盘或其它位置测量方法获得；

d)在得到δ、θ₁、θ₂后，则可得出动态同步轴系的位置θ角度为，

θ＝θ₂-θ₁+δ。