一種雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，雙饋電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，尤其是在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。在需要對(duì)雙饋電機(jī)的定 子有功功率或定子無(wú)功功率進(jìn)行控制的應(yīng)用場(chǎng)景中，對(duì)雙饋電機(jī)控制的方法之一是使用多 標(biāo)量控制方式，直接對(duì)雙饋電機(jī)定子功率進(jìn)行控制。
[0003] 雙饋電機(jī)的多標(biāo)量控制方法采用定子坐標(biāo)系，選擇電機(jī)定子有功功率、電機(jī)定子 無(wú)功功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)定子磁鏈的平方作為狀態(tài)變量，獲得雙饋電機(jī)的狀態(tài)方程，再利 用非線性反饋?lái)?xiàng)使雙饋電機(jī)的狀態(tài)方程線性化，將雙饋電機(jī)的狀態(tài)方程變換為電機(jī)定子有 功功率和電機(jī)定子無(wú)功功率的直接方程，可以直接對(duì)電機(jī)定子有功功率和電機(jī)定子無(wú)功功 率進(jìn)行閉環(huán)控制。以定子有功功率為例，現(xiàn)有雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)中定子功率控制環(huán)路如 圖1所示，其中：
[0004] 戶(.V)為定子給定有功功率；
[0005] Ps(s)為定子輸出有功功率；
[0006] Wi(s)為非線性反饋?lái)?xiàng)；
[0007] cp(s)為有功功率調(diào)節(jié)器；
[0008] Gp(s)為雙饋電機(jī)對(duì)定子有功功率的傳遞函數(shù)。
[0009] 表征了非線性反饋?lái)?xiàng)Wjs)對(duì)定子輸出有功功率Ps(s)的影響Pw(s)的閉環(huán)傳遞 函數(shù)Hwl (s)為：
[0010]
[0011] 可見，圖1所示的定子有功功率控制環(huán)路忽略了非線性反饋?lái)?xiàng)對(duì)定子輸出有功功 率的影響。在定子坐標(biāo)系下，所有中間變量均為交流量，在非線性反饋?lái)?xiàng)的頻率超過控制環(huán) 路拓?fù)涑橄笙率芸貙?duì)象本身截止頻率時(shí)，功率控制環(huán)路就有可能會(huì)產(chǎn)生震蕩。圖1所示的 定子功率控制環(huán)路完全依靠受控對(duì)象本身的特性對(duì)可能的震蕩進(jìn)行抑制，因此功率控制環(huán) 路的穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種在同步坐標(biāo)系下的雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)及控制方法，可以 提_定子功率控制環(huán)路的穩(wěn)定性。
[0013] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)，包括：
[0014] 功率計(jì)算單元，用于根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的定子電壓和定子電流，確定雙 饋電機(jī)的定子瞬時(shí)輸出功率；
[0015] 非線性反饋?lái)?xiàng)計(jì)算單元，用于根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的定子電壓、定子電流、 轉(zhuǎn)子機(jī)械角頻率和電機(jī)參數(shù)，確定非線性反饋?lái)?xiàng)；
[0016] 功率調(diào)節(jié)器，用于根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的定子給定功率和所述功率計(jì)算單 元確定的定子瞬時(shí)輸出功率，確定定子功率調(diào)節(jié)信號(hào)；
[0017] 轉(zhuǎn)子電壓計(jì)算單元，用于根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的電機(jī)控制信號(hào)，確定雙饋 電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓；所述電機(jī)控制信號(hào)，包括所述非線性反饋?lái)?xiàng)計(jì)算單元確定的非線性反饋 項(xiàng)和所述功率調(diào)節(jié)器確定的定子功率調(diào)節(jié)信號(hào)。
[0018] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種雙饋電機(jī)的控制方法，包括：
[0019] 根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的定子電壓和定子電流，確定雙饋電機(jī)的定子瞬時(shí)輸 出功率；以及根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的定子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子機(jī)械角頻率和電機(jī)參 數(shù)，確定非線性反饋?lái)?xiàng)；
[0020] 根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的定子給定功率和所述定子瞬時(shí)輸出功率，確定定子 功率調(diào)節(jié)信號(hào)；
[0021] 根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的電機(jī)控制信號(hào)，確定雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓；所述電 機(jī)控制信號(hào)，包括所述非線性反饋?lái)?xiàng)和所述定子功率調(diào)節(jié)信號(hào)。
[0022] 本發(fā)明實(shí)施例提供的方案中，采用同步坐標(biāo)系，可以將控制系統(tǒng)中的大部分中間 變量變?yōu)橹绷髁?，因此能夠減小非線性反饋?lái)?xiàng)對(duì)定子輸出功率的影響，提高功率控制環(huán)路 的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0023] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)中定子有功功率控制環(huán)路的示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)的示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)中定子有功功率控制環(huán)路的示 意圖之一；
[0026] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)中定子有功功率控制環(huán)路的示 意圖之二；
[0027] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)中定子無(wú)功功率控制環(huán)路的示 意圖；
[0028] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)的詳細(xì)示意圖；
[0029] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的雙饋電機(jī)的控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為了給出提高定子功率控制環(huán)路的穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)方案，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種 雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)及控制方法，以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明， 應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。并且 在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0031] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)，如圖2所示，可以包括：
[0032] 功率計(jì)算單元201，用于根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的定子電壓和定子電流，確定 雙饋電機(jī)的定子瞬時(shí)輸出功率；
[0033] 非線性反饋?lái)?xiàng)計(jì)算單元202,用于根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的定子電壓、定子電 流、轉(zhuǎn)子機(jī)械角頻率和電機(jī)參數(shù)，確定非線性反饋?lái)?xiàng)；
[0034] 功率調(diào)節(jié)器203,用于根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的定子給定功率和功率計(jì)算單 元201確定的定子瞬時(shí)輸出功率，確定定子功率調(diào)節(jié)信號(hào)；
[0035] 轉(zhuǎn)子電壓計(jì)算單元204,用于根據(jù)同步坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)的電機(jī)控制信號(hào)，確定雙 饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓；該電機(jī)控制信號(hào)，包括非線性反饋?lái)?xiàng)計(jì)算單元202確定的非線性反饋 項(xiàng)和功率調(diào)節(jié)器203確定的定子功率調(diào)節(jié)信號(hào)。
[0036] 即本發(fā)明實(shí)施例提供的控制系統(tǒng)是在同步坐標(biāo)系下對(duì)雙饋電機(jī)進(jìn)行控制。
[0037] 采用同步坐標(biāo)系，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)采用定子坐標(biāo)系的方 案，可以將控制系統(tǒng)中的大部分中間變量變?yōu)橹绷髁?，因此能夠減小非線性反饋?lái)?xiàng)對(duì)定子 輸出功率的影響，提高功率控制環(huán)路的穩(wěn)定性。
[0038] 在同步坐標(biāo)系下，雙饋電機(jī)方程為：
[0039]
[0040]
[0041] 其中，f為定子電壓矢量；
[0042] <為轉(zhuǎn)子電壓矢量；
[0043] g為定子電流矢量；
[0044] $為轉(zhuǎn)子電流矢量；
[0045]疋為定子磁鏈?zhǔn)噶浚?br>[0046]疋為轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶浚?br>[0047] 為電網(wǎng)電壓角頻率；
[0048] ?r為轉(zhuǎn)子機(jī)械角頻率；
[0049]Rs為定子等效電阻；
[0050]Rr為轉(zhuǎn)子等效電阻。
[0051] 選取轉(zhuǎn)子電流矢量（和定子磁鏈?zhǔn)噶狂?作為狀態(tài)變量。
[0052]
[0053]
[0054] 其中，Ls為定子等效電感；
[0055]Lr為轉(zhuǎn)子等效電感；
[0056]k為激磁電感。
[0057] 根據(jù)上述公式（1)，（2)，（3)和（4)，將雙饋電機(jī)方程轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)空間狀態(tài)方程： w ' ' IT "<7 一S
'，CT ' ' a ' ' <7 ' ' <T
[0060] 由上述公式（5)和（6)，得到標(biāo)量表達(dá)式：
[0071] 其中，入d，為同步坐標(biāo)系下，轉(zhuǎn)子磁鏈的d軸分量；
[0072] Xv為同步坐標(biāo)系下，轉(zhuǎn)子磁鏈的q軸分量；
[0073]Xds為同步坐標(biāo)系下，定子磁鏈的d軸分量；
[0074] Xqs為同步坐標(biāo)系下，定子磁鏈的q軸分量；
[0075] 為同步坐標(biāo)系下，轉(zhuǎn)子電壓的d軸分量；
[0076] 為同步坐標(biāo)系下，轉(zhuǎn)子電壓的q軸分量；
[0077] uds為同步坐標(biāo)系下，定子電壓的d軸分量；