不对称负载下无刷双馈电机独立发电系统励磁控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种不对称负载下无刷双馈电机独立发电系统励磁控制方法，该方法是基于正、负序双dq坐标系，将无刷双馈电机的功率绕组PW电压分解为正序分量和负序分量，然后分别采用PW电压正序分量控制器和负序分量控制器调节PW电压正序和负序分量的幅值和频率，获得所需的控制绕组CW电压正序和负序分量，CW电压正、负序分量相加即得最终的CW电压给定值，根据该给定值产生PWM调制信号，进而驱动逆变器对CW进行控制，最终使PW电压正序分量的幅值和频率分别跟踪给定值，PW电压负序分量的幅值收敛至0。采用本方法可以很好地实现无刷双馈电机独立发电系统在不对称负载条件下的恒频恒压发电功能，控制方法简单可靠、鲁棒性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无刷双馈电机发电控制
，更具体地，涉及一种不对称负载条件下的无刷双馈电机独立发电系统的励磁控制方法。
技术介绍
无刷双馈电机是一种新型交流感应电机，这种电机由两套不同极对数的定子绕组和一套转子绕组构成。其基本原理是经过特殊设计的转子使两套定子绕组产生不同极对数的旋转磁场间接相互作用，并能对其相互作用进行控制来实现能量传递。无刷双馈电机的两套定子绕组分别称为功率绕组(powerwinding，以下简称PW)和控制绕组(controlwinding，以下简称CW)，该电机既能作为电动机运行，也能作为发电机运行，兼有异步电机和同步电机的特点。不对称负载会使得无刷双馈电机的PW中现不对称三相电流，不对称三相电流在PW的各相内阻抗上产生不同的压降，进而使得发电系统的输出电压(即PW电压)出现不对称，这使得在常规的控制方法下，无刷双馈电机独立发电系统的输出电压幅值和频率保持恒定的控制目标难以实现。根据瞬时对称分量理论，不对称的电压中既包含正序分量也包含负序分量。在专利技术专利一种无刷双馈电机独立发电系统的励磁控制装置(申请号：201510391869.8)所提供的控制方法中，对CW电流的控制是基于单旋转坐标系，从本质上来讲该方法无法对PW电压中的正序分量和负序分量同时进行控制。为了使无刷双馈电机独立发电系统在不对称负载条件下也能稳定运行，需要构建新的控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不对称负载条件下无刷双馈电机独立发电系统励磁控制方法，实现无刷双馈电机独立发电系统在不对称负载条件下也能实现变速变载运行工况下的恒频恒压发电功能。此方法适用于基于无刷双馈电机的独立船舶轴带发电系统、独立水力发电系统以及独立风力发电系统等。为了实现本专利技术的技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：不对称负载下无刷双馈电机独立发电系统励磁控制方法，包括如下步骤：(1)采样PW三相电压瞬时值u1a、u1b和u1c，利用双二阶广义积分器锁相环计算PW电压正序分量的幅值以及负序分量的幅值(2)采样CW三相电流瞬时值i2a、i2b和i2c，计算CW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量和以及负序dq坐标系中的负序d、q分量和(3)采样PW三相电流瞬时值i1a、i1b和i1c，计算PW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量和以及负序dq坐标系中的负序d、q分量和(4)依据PW电压正序分量的幅值CW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量利用PW电压正序分量控制器计算得到CW三相电压正序分量给定值和(5)依据PW电压负序分量的幅值CW电流在负序dq坐标系中的负序d、q分量和利用PW电压负序分量控制器计算得到CW三相电压负序分量给定值和(6)将CW电压的正序和负序分量给定值相加得到CW电压给定值和利用SVPWM算法生成调制信号，进而使逆变器输出相应的电压至CW；(7)重复上述步骤(1)～(6)，使PW电压正序分量的幅值和频率分别跟踪给定值，负序分量的幅值收敛至0。进一步地，所述步骤(2)的具体实现方式为：首先计算CW负序电流的相位其中，θ1为PW电压正序分量相位，为CW正序电流的相位然后采用CW正序电流的相位将CW三相电流瞬时值i2a、i2b和i2c从abc坐标系变换变换到正序dq坐标系，得到CW电流在正序dq坐标系中的d、q分量和采用CW负序电流的相位将CW三相电流瞬时值i2a、i2b和i2c从abc坐标系变换到负序dq坐标系，得到CW电流在负序dq坐标系中的d、q分量和变换表达式如下：采用陷波滤波器分别对和进行滤波，得到CW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量和以及负序dq坐标系中的负序d、q分量和进一步地，所述步骤(3)的具体实现方法为：首先计算PW正序电流的相位和PW负序电流的相位其中p1为功率绕组PW的极对数，p2为控制绕组CW的极对数，η为PW与CW之间的机械角度偏差；然后采用PW正序电流的相位将PW三相电流瞬时值i1a、i1b和i1c从abc坐标系变换变换到正序dq坐标系得到和采用PW负序电流的相位将PW三相电流瞬时值i1a、i1b和i1c从abc坐标系变换变换到负序dq坐标系得到和变换表达式如下：采用陷波滤波器分别对和进行滤波，得到PW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量和以及负序dq坐标系中的负序d、q分量和进一步地，所述步骤(4)的具体实现方法为：计算PW电压正序分量的幅值与给定幅值的差值，将该差值作为第一PI调节器的输入，第一PI调节器的输出为CW电流正序幅值调节量与CW电流正序幅值前馈量相加得到CW电流正序幅值的给定值计算PW电压频率ω1与给定频率的差值，将该差值作为第二PI调节器的输入，第二PI调节器的输出为CW电流频率调节量与CW电流频率前馈量相加得到CW正序电流的频率对积分得到CW正序电流的相位令CW电流在正序dq坐标系中的正序d轴分量给定值等于计算与的差值，将该差值作为第三PI调节器的输入，第三PI调节器的输出与CW电压在正序dq坐标系中的正序d轴前馈量相加，得到CW电压在正序dq坐标系中的正序d轴给定值令CW电流在正序dq坐标系中的正序q轴分量给定值等于0，计算与的差值，将该差值作为第四PI调节器的输入，第四PI调节器的输出与CW电压在正序dq坐标系中的正序q轴前馈量相加，得到CW电压在正序dq坐标系中的正序q轴给定值最后采用CW正序电流的相位将和从正序dq坐标系变换到abc坐标系，得到abc坐标系中的CW三相电压正序分量给定值和进一步地，所述CW电流正序幅值前馈量CW电流频率前馈量CW电压正序d轴前馈量与CW电压正序q轴前馈量的计算方法为：式中，式中，式中，其中为CW的漏感系数，ωr为电机转速，ω1为PW电压频率，为CW正序电流的频率，L1r为PW和转子之间的互感，L2r为CW和转子之间的互感，L1为PW的自感，L2为CW的自感，Lr为转子的自感，R1为PW的相电阻，R2为CW的相电阻，Rr为转子的相电阻；将和从正序dq坐标系变换到abc坐标系的表达式为：在本专利技术中，ωr可按照如下方式计算：(1-1)采样电机转子位置信号瞬时值θr；(1-2)对相邻两次采样的θr进行差分运算；(1-3)采用一阶低通滤波器对(1-2)计算得到的结果进行滤波，得到电机转速ωr。进一步地，所述步骤(5)的具体实现方法如下：计算PW电压负序分量的幅值与给定幅值的差值，将该差值作为第五PI调节器的输入，第五PI调节器的输出为CW电流负序幅值调节量与CW电流负序幅值前馈量相加得到CW电流负序幅值的给定值令CW电流在负序dq坐标系中的负序d轴分量给定值等于计算CW电流在负序dq坐标系中的负序d分量与的差值，将该差值作为第六PI调节器的输入，第六PI调节器的输出与CW电压在负序dq坐标系中的负序d轴前馈量相加，得到CW电压在负序dq坐标系中的负序d轴给定值令CW电流在负序dq坐标系中的负序q轴分量给定值等于0，计算CW电流在负序dq坐标系中的负序q分量与的差值，将该差值作为第七PI调节器的输入，第七PI调节器的输出与CW电压在负序dq坐标系中的负序q轴前馈量相加，得到CW电压在负序dq坐标系中的负序q轴给定值最后采用CW负序电流的相位将和从负序dq坐标系变换到abc坐标系，得到abc坐标系中的C本文档来自技高网...

【技术保护点】
不对称负载下无刷双馈电机独立发电系统励磁控制方法，其特征在，包括如下步骤：(1)采样PW三相电压瞬时值u1a、u1b和u1c，利用双二阶广义积分器锁相环计算PW电压正序分量的幅值以及负序分量的幅值(2)采样CW三相电流瞬时值i2a、i2b和i2c，计算CW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量和以及负序dq坐标系中的负序d、q分量和(3)采样PW三相电流瞬时值i1a、i1b和i1c，计算PW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量和以及负序dq坐标系中的负序d、q分量和(4)依据PW电压正序分量的幅值CW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量利用PW电压正序分量控制器计算得到CW三相电压正序分量给定值和(5)依据PW电压负序分量的幅值CW电流在负序dq坐标系中的负序d、q分量和利用PW电压负序分量控制器计算得到CW三相电压负序分量给定值和(6)将CW三相电压的正序和负序分量给定值相加得到CW三相电压给定值和利用SVPWM算法生成调制信号，进而使逆变器输出相应的电压至CW；(7)重复上述步骤(1)～(6)，使PW电压正序分量的幅值和频率分别跟踪给定值，负序分量的幅值收敛至0。

【技术特征摘要】
1.不对称负载下无刷双馈电机独立发电系统励磁控制方法，其特征在，包括如下步骤：(1)采样PW三相电压瞬时值u1a、u1b和u1c，利用双二阶广义积分器锁相环计算PW电压正序分量的幅值以及负序分量的幅值(2)采样CW三相电流瞬时值i2a、i2b和i2c，计算CW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量和以及负序dq坐标系中的负序d、q分量和(3)采样PW三相电流瞬时值i1a、i1b和i1c，计算PW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量和以及负序dq坐标系中的负序d、q分量和(4)依据PW电压正序分量的幅值CW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量利用PW电压正序分量控制器计算得到CW三相电压正序分量给定值和(5)依据PW电压负序分量的幅值CW电流在负序dq坐标系中的负序d、q分量和利用PW电压负序分量控制器计算得到CW三相电压负序分量给定值和(6)将CW三相电压的正序和负序分量给定值相加得到CW三相电压给定值和利用SVPWM算法生成调制信号，进而使逆变器输出相应的电压至CW；(7)重复上述步骤(1)～(6)，使PW电压正序分量的幅值和频率分别跟踪给定值，负序分量的幅值收敛至0。2.根据权利要求1所述的不对称负载下无刷双馈电机独立发电系统励磁控制方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体实现方式为：首先计算CW负序电流的相位θ2-=θ2++2θ1]]>其中，θ1为PW电压正序分量相位，为CW正序电流的相位然后采用CW正序电流的相位将CW三相电流瞬时值i2a、i2b和i2c从abc坐标系变换变换到正序dq坐标系，得到CW电流在正序dq坐标系中的d、q分量和采用CW负序电流的相位将CW三相电流瞬时值i2a、i2b和i2c从abc坐标系变换到负序dq坐标系，得到CW电流在负序dq坐标系中的d、q分量和变换表达式如下：i2d+i2q+=23cosθ2+cos(θ2+-2π/3)cos(θ2+-4π/3)-sinθ2+-sin(θ2+-2π/3)-sin(θ2+-4π/3)i2ai2bi2c]]>i2d-i2q-=23cosθ2-cos(θ2--2π/3)cos(θ2--4π/3)-sinθ2--sin(θ2--2π/3)-sin(θ2--4π/3)i2ai2bi2c;]]>采用陷波滤波器分别对和进行滤波，得到CW电流在正序dq坐标系中的正序d、q分量和以及负序dq坐标系中的负序d、q分量和3.根据权利要求2所述的不对称负载下无刷双馈电机独立发电系统励磁控制方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体实现方法为：首先计算PW正序电流的相位和PW负序电流的相位θ1+=θ2+-(p1+p2)θr+p2η]]>θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，徐伟，喻国铭，智刚，张军林，叶才勇，
申请(专利权)人：黄冈师范学院，武汉扬华电气股份有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42