转子侧变流器矢量控制系统基于定子磁链定向的优化方案

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：双馈发电机转子侧变流器按磁链定向的矢量控制系统如图8.11所示。图8.11 双馈发电机转子侧变流器按定子磁链定向的矢量控制系统系统检测发电机定子侧三相电压和电流，经3s/2s静止变换得到αβ坐标系上的电压usα、usβ和电流isα、isβ，然后由定子磁链观测器计算定子磁链Ψs幅值和位置角θs[见式、式]。

双馈发电机转子侧变流器按磁链定向的矢量控制系统如图8.11所示。图中，风力双馈发电机功率输出由转子励磁控制，转子电压和电流控制了双馈发电机定子输出的有功功率和无功功率。由于风力发电系统风力机输出的最佳功率P_opt与转速有关，因此系统首先检测发电机转速ω_r，然后查表得到在当前风速下的最佳功率P_opt，并以P_opt作为发电机输出有功功率的给定值P_s^∗。发电机输出的无功功率给定值Q_s^∗根据电网对发电机输出无功的要求设定。

图8.11 双馈发电机转子侧变流器按定子磁链定向的矢量控制系统(https://www.chuimin.cn)

系统检测发电机定子侧三相电压和电流，经3s/2s静止变换得到αβ坐标系上的电压u_sα、u_sβ和电流i_sα、i_sβ，然后由定子磁链观测器计算定子磁链Ψ_s幅值和位置角θ_s[见式（8.16）、式（8.17）]。θ_s的微分是定子磁链旋转角频率ω₁，，ω₁与检测转子ωr之差为转差角频率，也是转子电压电流的角频率，ω_s=ω₁-ω_r。ω_s经积分环节得φ_ωs=∫ω_sdt，φ_ωs是定向角，用于二相旋转坐标系的变换，使变换后的转子三相电压信号u^∗_r_a、u^∗_rb、u^∗_rc的频率为ω_s。根据定子电压u_sα、u_sβ和电流i_sα、i_sβ，可计算定子的有功功率P_s和无功功率Q_s的反馈信号[见式（8.11）]。

双馈发电机转子侧PWM变流器的控制部分由功率给定P_s^∗、Q_s^∗，有功和无功调节器（APR、AQR），转子电流给定计算，电流调节器（ACR），坐标变换环节（2r/2s、2s/3s）和PWM调制等环节组成。APR、AQR根据功率偏差经PI调节器控制转子电流给定值i^∗_r_d、i^∗_r_q。从两个ACR得到在dq坐标系上的转子电压给定值u^∗_r_d、u^∗_r_q，u^∗_r_d和u^∗_r_q，考虑了为消除转子电压与电流交叉耦合的补偿项[见式（8.20）]。u_r∗_d、u_r∗_q经2r/2s和2s/3s变换后得到转子三相电压给定值u^∗_r_a、u^∗_r_b、u^∗_r_c，u^∗_r_a、u^∗_r_b、u^∗_r_c信号经SPWM调制驱动转子侧PWM变流器，使转子电压和电流按需要的定子有功和无功调节。

转子侧变流器矢量控制系统基于定子磁链定向的优化方案

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