1、第五章 定子磁场定向矢量控制5.1 转子电流控制在双馈电机定子磁场定向的矢量控制策略中，通常将同步旋转坐标系的 d轴与双馈电机定子磁场相重合，逆时针旋转 90 度的方向作为 q 轴方向，即在同步旋转 dq 坐标系中定子磁链可表述为：（5-ssdq01）其中， 为定子磁链的幅值。s由此，在定子磁链定向的情况下，重写双馈电机在同步旋转坐标系中的定转子电压方程、磁链方程：（5-qrdrsqrr drqrsdrrqsdsdsdtiuitru12）（5-qrsmqrddqrsdmsiLi03）求解后，得：、 （5-qrsmqiimsdrsdi4）其中： ，称为通用励磁电流msLi计算转子磁链如下：（5-
2、5）qrsmqr drssdriLii222设 为漏磁系数，则 5-5 式又可表示为：smrL2（5-qrqrdrsdii26）利用式 5-2 计算转子电压如下：（5-7）qrdrmssqrr rqrsdrr itLiiLiut2式 5-7 便是采用电压源变流器对双馈电机转子电流控制的理论依据，式中为双馈电机反电势所引起的扰动项， 与 为旋转电势所mssiL2 drsiqrsiL引起的交叉耦合扰动项，扰动项和耦合项给调节器的设计造成一定的困难。为此可采用前馈补偿控制策略，把反电动势引起的扰动项和旋转电动势引起的交叉耦合项等扰动项前馈解耦后，双馈电机转子 d 轴电流直接由转子侧 d轴端电压 控制
3、，转子 q 轴电流直接由转子侧 q 轴端电压 控制。此时，当dru qru双馈电机转子电流采用 PI 调节器，并以 PI 调节器的输出来控制式 5-7 中的转子电流动态项时，则转子电压 和 的控制方程如下：druqr（5- drmssqrirIirPqr sirIirdr iLiisKuii2*8）其中， 、 为转子电流内环比例系数和积分系数， 、 分别为转irPirI *driq子电流 d 轴、q 轴分量的指令值。5.2 转子电流指令根据电磁转矩方程 4-6，以及式 5-4、式 5-6 可得在定子磁场定向同步旋转坐标系下双馈电机电磁转矩表达式为：（5-qrmspqsmpqsdpdsqsdpe
4、 iLniiniinT29）上式表明，双馈电机在定子磁场不变，即 恒定的情况下，双馈电机的电si磁转矩的大小与双馈电机转子电流的 q 轴分量成正比。根据式 4-7、式 5-4，并在忽略定子电阻的情况下，可得：= （5-qsdsqiuQiP1 msdrsqrsiLuQP110）上式表明，在利用转子电流 q 轴分量 控制双馈电机电磁转矩的同时，也qri控制了其定子侧有功功率，而定子侧无功功率的调节可通过转子电流的 d 轴分量 进行控制，而相应的 的指令值 取决于具体的控制要求，如无功功率控dri dri*dri制、定子电压控制、功率因数控制等。当双馈电机采用速度全控型控制策略时，双馈电机控制的外环
5、为速度环，而转子 q 轴电流的指令值由速度环决定。由双馈电机的运动方程可知，若速度外环采用 PI 调节器，则双馈电机的电磁转矩的控制方程可表述为：（5-11(a)）)(*nsKTnIPe其中， 、 分别为速度外环的比例系数和积分系数； 为双馈电机的nI *n转速指令值。或将其表述为电流指令的形式，即：（5-11(b)）)(*2* nsKiLninIPmspqr 5.3 定子磁链检测由于双馈电机的特殊结构，使其定子电气量和转子电气量均可以被直接检测，所以双馈电机定子磁链有几种不同的检测方法。其中较为典型的有定子电压模型与定转子电流模型两种。5.3.1 定子电压模型对于定子电压模型法，即将检测到的
6、定子电压、定子电流经三相静止到两相静止的 Clark 变换，再运用双馈电机两相静止坐标系下定子电压方程，即可求出两相静止 坐标系中定子磁链的 分量和 分量，如式 5-12 所示（5-dtirusssa)(12）在实际控制中，上式中的积分运算通常采用 0.5Hz 到 1Hz 的带通滤波器获得，以克服其直流偏置的影响。5.3.2 定转子电流模型对于定转子电流模型，即将检测出的定子电流、转子电流经三相静止到两相静止的 Clark 变换，再运用双馈电机的磁链方程求的两相静止 坐标系中定子磁链的 分量和 分量，如式 5-13 所示（5-13）rmssiL于是，有、 （5-2ss ss1tan14）相对于
7、定子电压模型而言，定转子电流模型法可以避免积分或准积分运算，但定转子电流模型也有其自身的缺陷；一方面观测的准确性受双馈电机参数的影响，而双馈电机的参数在运行过程中因磁化曲线的非线性（如磁饱和作用）使得这些参数较易发生改变，从而影响观测精度；另一方面，由于不能直接与电网同步，不利于软并网策略的实施。因此定子磁场的观测通常可以采用准积分电压模型进行观测，其准积分模型的表达式为：（5-223)(ssGbp15）上式所表达的准积分环节与纯积分环节的特性相比，如图 5-1 所示：图 5-1 准积分环节与纯积分环节性能对比（a:频域对比；b:时域对比）由图 5-1 不难看出，准积分环节对高频交流部分具有与纯积分环节相同的特性，而对于低频部分，尤其是直流环节，准积分滤波器具有滤除直流偏置的作用。图 5-1(b)同时给出了纯积分环节和准积分环节对一个初相为 0 的正弦信号的积分作用，由该图不难看出纯积分环节含有较大的直流分量，而准积分环节在稳态后没有明显的直流偏置。5.4 控制结构图3 S / 2 S3 S / 2 S定子磁场观测smsLismL21sdts-+2t 3 S / 2 RrL+qrcv driqd s*2+ - - P IP I 2 R / 2 S S V M 变流器drcvqrc+ +*qrid+ +)(2*nsKiLIPmpqr ui图 5-2 定子磁链矢量定向控制结构图
