[发明专利]V-I-Q自动调节电压及无功功率协同控制系统及方法

权利要求书

1.一种V-I-Q自动调节电压及无功功率协同控制系统，其特征在于，包括：公共母线电压采样电路、每套柴油发电机组的发电机电枢端电压采样电路、每套柴油发电机组的发电机电枢端电流采样电路、每套柴油发电机组的发电机励磁电流采样电路、每套柴油发电机组的有功功率采样电路、每套柴油发电机组的频率检测器、每套柴油发电机组的变频器、每套柴油发电机组的PWM发生器、VIQ协同控制器、备用VIQ协同控制器、通信装置、稳压电源以及切换控制器；

所述公共母线电压采样电路、所述每套柴油发电机组的发电机电枢端电压采样电路、所述每套柴油发电机组的发电机电枢端电流采样电路、所述每套柴油发电机组的发电机励磁电流采样电路、所述每套柴油发电机组的有功功率采样电路和所述每套柴油发电机组的频率检测器分别通过一个主控制开关连接到所述VIQ协同控制器的输入端；

所述公共母线电压采样电路、所述每套柴油发电机组的发电机电枢端电压采样电路、所述每套柴油发电机组的发电机电枢端电流采样电路、所述每套柴油发电机组的发电机励磁电流采样电路、所述每套柴油发电机组的有功功率采样电路和所述每套柴油发电机组的频率检测器分别通过一个备控制开关连接到所述备用VIQ协同控制器的输入端；

所述VIQ协同控制器的输出端依次通过每套柴油发电机组的PWM发生器和每套柴油发电机组的变频器后，连接到每套柴油发电机组的励磁电流调节端子；

所述VIQ协同控制器还分别与所述通信装置和所述稳压电源连接；所述备用VIQ协同控制器还分别与所述通信装置和所述稳压电源连接；

所述切换控制器分别与所述主控制开关和所述备控制开关连接。

2.一种V-I-Q自动调节电压及无功功率协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，VIQ协同控制器预建立VIQ协同控制模型；所述VIQ协同控制模型包括发电机电压电流控制模型、发电机无功功率控制模型和发电机励磁电流控制模型；

其中：

发电机电压电流控制模型：

式中，U-发电机电枢端电压，I-发电机电枢端电流，I_f-发电机励磁电流，k_w1-基波绕组因数，f-频率，N₁-电枢绕组匝数，N₂-励磁绕组匝数，R_mf-励磁绕组磁阻，R_a-电枢电阻，j-复数算子，X_s-发电机同步电抗；

发电机无功功率控制模型：

式中，Q-发电机输出的无功功率，δ-功率角，-功率因数角；

发电机励磁电流控制模型：

I_f＝I_EU+I_EI+k·ΔU

式中，I_EU-电压分量，具体为发电机励磁电流I_f整流前的交流电流I_E中来自发电机端电压部分的电压分量；I_EI-电流分量，具体为发电机励磁电流I_f整流前的交流电流I_E中来自负载电流部分的电流分量；ΔU-发电机端电压偏差，k为VIQ协同控制器调节系数；

步骤2，VIQ协同控制器设定控制目标，即：发电机电枢端电压U稳定在电压目标值；频率f稳定在频率目标值；并联运行时各个发电机所输出的无功功率趋于相等；

步骤3，VIQ协同控制器实时采样到每个发电机的发电机实际运行参数，包括：发电机电枢端电压U、发电机电枢端电流I、发电机励磁电流I_f、基波绕组因数k_w1、频率f、电枢绕组匝数N₁、励磁绕组匝数N₂、励磁绕组磁阻R_mf、电枢电阻R_a、复数算子j、发电机同步电抗X_s、发电机输出的无功功率Q、功率角δ、功率因数角电压分量I_EU和电流分量I_EI；

VIQ协同控制将采样到的每个发电机的发电机实际运行参数代入到发电机电压电流控制模型、发电机无功功率控制模型和发电机励磁电流控制模型中，并对发电机励磁电流I_f进行调节控制，使发电机电枢端电压U稳定在电压目标值、频率f稳定在频率目标值以及并联运行时各个发电机所输出的无功功率趋于相等；具体调节方法为：

首先根据发电机电压电流控制模型，根据发电机电枢端电压和发电机电枢端电流的波动情况，以发电机电枢端电压为电压目标值，以频率f为频率目标值，计算得到每个发电机的发电机励磁电流目标值，然后根据该发电机的发电机励磁电流实际值，得到每个发电机的第1发电机励磁电流调节值ΔI_f1；

然后，根据发电机无功功率控制模型，以发电机电枢端电压为电压目标值，以频率f为频率目标值，以使各台发电机所输出的无功功率相等为目标，得到使各个发电机所输出的无功功率最为接近时的每个发电机的第2发电机励磁电流调节值ΔI_f2；

然后，根据发电机励磁电流控制模型，根据电压分量I_EU和电流分量I_EI的波动情况，以发电机端电压偏差ΔU为0作为目标，得到使各个发电机端电压偏差最为接近0时的每个发电机的第3发电机励磁电流调节值ΔI_f3；

计算ΔI_f1、ΔI_f2和ΔI_f3的平均值，即为最终的每个发电机的发电机励磁电流调节值ΔI_f0；

步骤4，根据步骤3得到的每个发电机的发电机励磁电流调节值ΔI_f0，调节各个发电机的发电机励磁电流，进而实现发电机电枢端电压U稳定在电压目标值、频率f稳定在频率目标值、各个发电机所输出的无功功率最为相等的控制目标。