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交流励磁发电机有功、无功的解耦控制 Decoupled Control Of Active And Reactive Power In A AC Excited Generator （湖南大学）谭健， 黄守道， 许琤 Tan, Jian Huang, Shoudao Xu, Cheng 摘要：交流励磁发电机又称双馈感应发电机（DFIG）。在分析了交流励磁发电机动态数学模 型的基础上，提出了基于定子磁场定向的矢量控制策略。并利用 Matlab 对该方案进行了仿 真研究，仿真结果验证了控制策略的正确性。 关键词：交流励磁；风力发电；定子磁场定向控制 中图分类号：TM315 文献标识码：A Abstract: A.C. excited generator is also called doubly fed induction generator. By analyzing the mathematical model of the A.C. excited generator, the decoupled control of active and reactive power was provided, and the control strategy was simulated by using Matlab. The result of the simulation verified the validity of the proposed strategy. Key words: A.C. excited; Wind power generation; Stator field-oriented control 1 引言 风力发电技术中的变速恒频发电方式是目前的发展方向。采用变速恒频方式能根据风速 调节风力机转速，因此能在较宽的风速范围内实现最大风能捕获，大大提高风能的利用率。 本文采用了交流励磁变速恒频发电方案。该方案具有以下优点：1.采用双馈型异步发电 机，定子绕组直接并网，转子绕组通过变频器和电网相连。变频器向转子提供三相滑差频率 电流进行励磁，因此，流过变频器的能量只是电机能量的一部分。2.可随时调节转子励磁电 流的幅值、频率、相位，使发电机能在亚同步速至超同步速的较宽范围内作变速恒频运行。 3.能实现双馈发电机有功、无功的解耦控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。 2 定子磁场定向矢量控制 由于双馈发电机在三相坐标系下的数学模型是一个时变的、非线性、强耦合系统。为了 达到有功功率、无功功率解耦控制的目的，采用了基于坐标变换理论的矢量控制技术。 2.1 同步旋转坐标系下 DFIG的数学模型 由于 dq 坐标轴相互垂直，两相绕组之间没有磁的耦合，DFIG 的数学模型得到很大的简 化。同步旋转 dq 坐标系下的 DFIG 的数学模型表示如下： 定子电压方程： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 d d d q q q q d u R i p u R i p ψ ωψ ψ ωψ = ? ? +?? ? = ? ? ??? (3) 转子电压方程： 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 d d d s q q q q s d u R i p u R i p ψ ωψ ψ ωψ = + ??? ? = + +?? (4) 定子磁链方程： 1 1 1 2 1 1 1 2 d d m d q q m q L i L i L i L i ψ ψ = ??? ? = ??? (5) 转子磁链方程： 2 1 2 2 2 1 2 2 d m d d q m q q L i L i L i L i ψ ψ = ? +?? ? = ? +?? (6) 电磁转矩方程： 1 2 1 2( )e n m d q q dT p L i i i i= ? (7) 交流励磁发电机始终在工频下运行，定子电阻压降远比电抗压降和电机反电势小，通常 可以忽略电机定子绕组电阻。忽略电机定子绕组电阻以后，发电机的定子磁链与定子端电压 矢量之间的相位差正好是90o。若取定子磁链矢量方向为同步坐标系 d 轴，则定子电压矢量 将落在超前 d 轴90o的 q轴负半轴上，那么定子磁链在 d q? 轴上的分量分别为： 1 1 0 d s q ψ ψ ψ =? ? =? (8) 定子磁链定向示意图如图 2 所示： rβ sβ sα rα rω sω sθ rθ sψ mU 图 2 定子磁场定向原理图 忽略定子电阻后，按照发电机惯例有： 11 1 du e dt ψ = = ? (9) 由图 2 可知，定子相电压矢量 mU 正好落在 q 轴的负半轴上，而 d 轴分量为 0。