[发明专利]一种自励异步发电机的装置及控制方法

摘要

本发明公开了一种自励异步发电机的装置及其控制方法，自励异步发电机的装置由信号采集和调理模块、STATCOM模块、控制器模块和自励异步发电机模块构成。本发明的有益效果：(1)STATCOM模块对自励异步发电机进行实时动态的无功补偿，对无功功率的连续调节的能力，实现了电压稳定控制以及电能质量的改善作用。(2)控制器模块的电压外环采用PI控制结构，充分融合了其结构简单、易于实现的优点。(3)控制器模块的电流内环控制采用预测电流控制算法替代传统的PI控制，其系统鲁棒性好、响应速度快的特性，保证了自励异步发电机的高精度控制。本发明提高了系统的性能，设计过程简单且计算量小。

主权项

1.一种自励异步发电机的装置，其特征在于，该装置(1)由信号采集和调理模块(2)、STATCOM模块(3)、控制器模块(4)和自励异步发电机(5)构成；所述信号采集和调理模块(2)由自励异步发电机控制系统电压和电流信号的实时采集(2‑1)和锁相环输出角度和机端电压幅值的计算(2‑2)构成；其中自励异步发电机控制系统电压和电流信号的实时采集(2‑1)包括对自励异步发电机(5)机端电压信号u_sa、u_sb、u_sc以及所述STATCOM模块(3)交流侧输入电流信号i_ca、i_cb、i_cc和直流侧电压信号u_dc的采集，锁相环输出角度和机端电压幅值的计算(2‑2)包括对锁相环输出角度θ的正余弦值和机端电压幅值u_t的计算；所述信号采集和调理模块(2)将采集到的电压信号u_sa、u_sb、u_sc，通过计算获得机端电压幅值u_t作为电压外环控制(4‑1)的机端电压幅值控制(4‑1‑1)的无功输入量，所述STATCOM模块(3)的直流侧电压u_dc作为电压外环控制的直流侧电压控制(4‑1‑2)的有功输入量；所述STATCOM模块(3)交流侧输入电流信号i_ca、i_cb、i_cc通过abc‑αβ坐标变换获得的电流i_cα、i_cβ分别作为所述控制器模块(4)的电流内环控制(4‑2)的有功输入量和无功输入量；机端电压幅值u_t的计算公式为abc‑αβ坐标变换表达式为锁相环输出角度θ的正余弦计算公式为式中，u_sα、u_sβ为αβ坐标系下的自励异步发电机5机端相电压值；所述STATCOM模块(3)包括滤波电感(3‑1)、三相全桥开关管(3‑2)以及直流侧电容(3‑3)；滤波电感(3‑1)滤去进入STATCOM模块(3)交流电中的脉动成分；直流侧电容(3‑3)的储能作用，支持直流电压的稳定；STATCOM模块(3)通过并联自励异步发电机(5)用于补偿SEIG系统来实现自励异步发电机(5)的机端电压连续可调，闭合KM2开关(8)通过STATCOM模块(3)发出连续的无功功率，使系统在通过断开KM1开关(7)投切负载(9)的情况下，能够维持自励异步发电机(5)的机端电压稳定；所述控制器模块(4)用于对所述STATCOM模块(3)进行控制，包括电压外环控制(4‑1)中机端电压幅值控制(4‑1‑1)和直流侧电压控制(4‑1‑2)、电流内环控制(4‑2)的预测电流模型(4‑2‑1)和价值函数g(4‑2‑2)以及电压空间矢量的选择(4‑3)；直流侧电压控制(4‑1‑2)将所述STATCOM模块(3)的直流侧电压u_dc和直流侧电压的参考量的偏差量通过PI控制器后，其输出作为电流内环控制(4‑2)的有功给定；机端电压幅值控制(4‑1‑1)将机端电压幅值u_t和电压幅值的参考量的偏差量通过PI控制器后，其输出作为电流内环控制(4‑2)的无功给定；在电流内环控制(4‑2)中通过预测电流模型(4‑2‑1)对从电压外环控制(4‑1)输出的和所述STATCOM模块(3)获得的电流i_cα、i_cβ以及所述STATCOM模块(3)的直流侧电压u_dc在预测电流模型(4‑2‑1)下进行相应的算法计算获得下一时刻的预测电流值i(k+1)在αβ坐标系下的电流i_α(k+1)和i_β(k+1)；价值函数g(4‑2‑2)采用绝对误差计算方式计算，即通过将电压外环控制(4‑1)输出的通过dq‑αβ坐标变换后获得αβ坐标系下的给定电流和预测电流模型(4‑2‑1)在αβ坐标系下输出的预测电流i_α(k+1)和i_β(k+1)，这两个分量的绝对值之和进行计算，价值函数采用绝对误差的方式，即给定值与预测值在两相静止αβ坐标系下两分量的绝对值之和为:电压空间矢量的选择(4‑3)通过选择价值函数g(4‑2‑2)的最小值，即电流误差最小时所对应的开关状态组合s_a、s_b和s_c；dq‑αβ坐标变换的表达式为所述自励异步发电机(5)由异步发电机(5‑1)和励磁电容(5‑2)并联组成，自励异步发电机(5)通过原动机(6)驱动其转子转动，其中励磁电容(5‑2)向自励异步发电机(5)提供建压过程中的励磁电流，用于异步发电机(5‑1)的空载建压，负载(9)通过KM1开关(7)直接以并联形式接在自励异步发电机(5)的机端。