第18卷第2期 中国电机工程学报 Vol 18Na 2 1998年3月 Proceedings of the CSEE Mar 1998 交流励磁发电机励磁控制 廖勇 杨顺昌 (重庆大学电气工程系重庆400044) 提要本文提出了一种新的交流励磁发电机励磁控制 励磁绕组的电压相量，转子电压相量的任何变动，将引起其在 模型，利用该模型对发电机有功、无功、转速调节特性进行了 同步轴系下d轴g轴电压的同时变化，因此为了消除这种d、 仿真研究，结果表明，该方法能实现有功、无功和转速的独立 g轴电压的耦合，一般采用硬性负反馈山，从而使得控制系统 控制，且具有良好的动态性能。 较为复杂。而矢量控制系统和多标量控制系统，都将涉及到磁 关键词交流励磁 励磁控制 动态同步轴系 链模型，同时这种解耦是一种近似解耦，这样不但使励磁控制 系统复杂化，同时也使控制系统的动态性能受到影响。为此本 1 前言 文提出了一种新的解耦控制方法，此方法是控制转子电压相 交流励磁发电机之所以具有超越传统同步发电机良好的 量在动态同步坐标轴系上的投影来实现有功、无功和转速的 调节特性、运行的灵活性及可靠性，除了其电气结构与传统同 独立控制，动态同步坐标轴系与固定在定子电压相量上的同 步发电机相比，有多相转子对称交流励磁外，关键在于应有一 步坐标轴系的相对位置决定于电机本身的参数及转差率：， 套能充分发挥该电机运行特点的励磁控制系统。因此交流励 仿真研究表明：在动态同步轴系下改变励磁电压相量可实现 磁发电机的励磁控制研究倍受关注，概括起来有：类似于异步 发电机有功、无功、转速的独立控制，本文提出的控制策略，使 化汽轮发电机的双通道多变量反馈励磁控制系统山，41，基于同 励磁控制系统得到简化，便于工程实现。 步电动机变频调速矢量控制所提出的励磁控制系统小，基于 交流电机的多标量模型所提出的多标量励磁控制系统2)。在 2数学模型 这些励磁控制系统中，双通道多变量反馈励磁控制系统和矢 2.1电机模型 量励磁控制系统的特点是利用交流励磁发电机的有功、无功 设交流励磁发电机经一外接电抗X。与无穷大系统相 与同步坐标轴下d轴和g轴电流的解耦关系来建立控制方 连，在同步坐标轴系下，按发电机惯例，且将同步坐标轴系的 程，实现有功、无功的独立控制。交流励磁发电机能控制的是 d轴固定在无穷大电网的电压相量上，其电压方程式为： X @P u s-X MP M R MP w] (1) Mp suM R,+Lp sulr suM Mp suur Rr+LP 式中 稳态运行时，(1)式中令p=0,可得稳态电压方程式 RnR,为定转子电阻 LL,为定转子全电感 U a -Rs al :-X 0 uM M为定转子互感， 0 uLs+Xw R M 0 s=“为转差率 0 suM Rr sul I rd w分别同步角速度、转子角速度。 U suM 0 sulr Rr (2) 电磁转矩： T.=M IsqInd-M IsdIn (3) 国家教委博士点基金资助项目，编号96061103。本文于1996 年5月10日收到，1997年6月7日改回。 (4) 廖勇男，博士，1964年生，毕业于重庆大学，现主要从事电 转子运动方程式J=T:·T。 机及控制方向的研究工作。 上式中J为发电机转子惯量，T为原动机输出转矩。由(2)式 杨顺昌重庆大学电气工程系教授，博士生导师，主要从事电 改写成电流的矩阵方程式为： 机及其控制方面的教学、科研工作，发表论文60余篇，专著两本。 I=ZU=YU 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net国家教委博士点基金资助项目, 编号 96061103。本文于 1996 年 5 月 10 日收到, 1997 年 6 月 7 日改回。 廖 勇 男, 博士, 1964 年生, 毕业于重庆大学, 现主要从事电 机及控制方向的研究工作。 杨顺昌 重庆大学电气工程系教授, 博士生导师, 主要从事电 机及其控制方面的教学、科研工作, 发表论文 60 余篇, 专著两本。 第 18 卷第 2 期 1998 年 3 月 中 国 电 机 工 程 学 报 P roceedings of the CSEE Vo l. 18 No. 2 M ar. 1998 交 流 励 磁 发 电 机 励 磁 控 制 廖 勇 杨顺昌 (重庆大学电气工程系 重庆 400044) 提 要 本文提出了一种新的交流励磁发电机励磁控制 模型, 利用该模型对发电机有功、无功、转速调节特性进行了 仿真研究, 结果表明, 该方法能实现有功、无功和转速的独立 控制, 且具有良好的动态性能。 关键词 交流励磁 励磁控制 动态同步轴系 1 前言 交流励磁发电机之所以具有超越传统同步发电机良好的 调节特性、运行的灵活性及可靠性, 除了其电气结构与传统同 步发电机相比, 有多相转子对称交流励磁外, 关键在于应有一 套能充分发挥该电机运行特点的励磁控制系统。因此交流励 磁发电机的励磁控制研究倍受关注, 概括起来有: 类似于异步 化汽轮发电机的双通道多变量反馈励磁控制系统[1, 4 ] ; 基于同 步电动机变频调速矢量控制所提出的励磁控制系统[3 ] ; 基于 交流电机的多标量模型所提出的多标量励磁控制系统[2 ]。在 这些励磁控制系统中, 双通道多变量反馈励磁控制系统和矢 量励磁控制系统的特点是利用交流励磁发电机的有功、无功 与同步坐标轴下 d 轴和 q 轴电流的解耦关系来建立控制方 程, 实现有功、无功的独立控制。交流励磁发电机能控制的是 励磁绕组的电压相量, 转子电压相量的任何变动, 将引起其在 同步轴系下 d 轴 q 轴电压的同时变化, 因此为了消除这种 d、 q 轴电压的耦合, 一般采用硬性负反馈[1 ] , 从而使得控制系统 较为复杂。而矢量控制系统和多标量控制系统, 都将涉及到磁 链模型, 同时这种解耦是一种近似解耦, 这样不但使励磁控制 系统复杂化, 同时也使控制系统的动态性能受到影响。为此本 文提出了一种新的解耦控制方法, 此方法是控制转子电压相 量在动态同步坐标轴系上的投影来实现有功、无功和转速的 独立控制, 动态同步坐标轴系与固定在定子电压相量上的同 步坐标轴系的相对位置决定于电机本身的参数及转差率 s, 仿真研究表明: 在动态同步轴系下改变励磁电压相量可实现 发电机有功、无功、转速的独立控制, 本文提出的控制策略, 使 励磁控制系统得到简化, 便于工程实现。 2 数学模型 211 电机模型 设交流励磁发电机经一外接电抗 X w 与无穷大系统相 连, 在同步坐标轴系下, 按发电机惯例, 且将同步坐标轴系的 d 轴固定在无穷大电网的电压相量上, 其电压方程式为: usd 0 u rd u rq = - R s - L s + X w Ξ p - ΞL s - X w M p ΞM ΞL s + X w - R s - L s + X w Ξ p - ΞM M p - M p - sΞM R r + L rp sΞL r sΞM - M p - sΞL r R r + L rP isd isq ird irq (1) 式中: R s、R r 为定转子电阻; L s、L r 为定转子全电感; M 为定转子互感; s = Ξ - Ξr Ξ 为转差率 Ξ、Ξr 分别同步角速度、转子角速度。 稳态运行时, (1) 式中令 p = 0, 可得稳态电压方程式: U sd 0 U rd U rq = - R s - ΞL s - X w 0 ΞM ΞL s + X w - R s - ΞM 0 0 - sΞM R r sΞL r sΞM 0 - sΞL r R r I sd I sq I rd I rq (2) 电磁转矩: T e = M I sq I rd - M I sd I rq (3) 转子运动方程式: J dΞr dt = T L - T e (4) 上式中J 为发电机转子惯量, T L 为原动机输出转矩。由(2) 式 改写成电流的矩阵方程式为: I = Z - 1U = YU