一种双馈电机的控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种定子坐标系下双馈电机的控制系统 及控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前，双馈电机的应用非常广泛，尤其是在风力发电领域。在需要对双馈电机的定 子有功功率或定子无功功率进行控制的应用场景中，对双馈电机控制的方法之一是使用多 标量控制方式，直接对双馈电机定子功率进行控制。
[0003] 双馈电机的多标量控制方法采用定子坐标系，选择电机定子有功功率、电机定子 无功功率、电机转速和电机定子磁链的平方作为状态变量，获得双馈电机的状态方程，再利 用非线性反馈项使双馈电机的状态方程线性化，将双馈电机的状态方程变换为电机定子有 功功率和电机定子无功功率的直接方程，可以直接对电机定子有功功率和电机定子无功功 率进行闭环控制。以定子有功功率为例，现有双馈电机的定子功率控制环路如图1所示，其 中：
[0004] 户(.V)为定子给定有功功率；
[0005] Ps(S)为定子输出有功功率；
[0006] W1(S)为非线性反馈项；
[0007] Cp(S)为有功功率调节器；
[0008] Gp(S)为双馈电机对定子有功功率的传递函数。
[0009] 表征了非线性反馈项W1(S)对定子输出有功功率Ps(S)的影响P w(S)的闭环传递 函数Hwl (s)为：
[0011] 可见，图1所示的定子有功功率控制环路忽略了非线性反馈项对定子输出有功功 率的影响。在定子坐标系下，所有中间变量均为交流量，在非线性反馈项的频率超过控制环 路拓扑抽象下受控对象本身截止频率时，功率控制环路就有可能会产生震荡。图1所示的 定子功率控制环路完全依靠受控对象本身的特性对可能的震荡进行抑制，因此功率控制环 路的稳定性较差。
【发明内容】
[0012] 本发明实施例提供一种定子坐标系下双馈电机的控制系统及控制方法，用以提高 功率控制环路的稳定性。
[0013] 本发明实施例提供一种定子坐标系下双馈电机的控制系统，包括：
[0014] 功率计算单元，用于根据双馈电机的定子电压和定子电流，确定双馈电机的定子 瞬时输出功率；
[0015] 非线性反馈项计算单元，用于根据双馈电机的定子电压、定子电流、转子机械角频 率和电机参数，确定非线性反馈项；
[0016] 功率调节器，用于根据双馈电机的定子给定功率和所述功率计算单元确定的定子 瞬时输出功率，确定定子功率调节信号；
[0017] 状态反馈环节，用于根据所述功率计算单元确定的定子瞬时输出功率，确定状态 反馈信号；
[0018] 转子电压计算单元，用于根据所述非线性反馈项计算单元确定的非线性反馈项、 所述功率调节器确定的定子功率调节信号和所述状态反馈环节确定的状态反馈信号，确定 双馈电机的转子电压。
[0019] 本发明实施例还提供一种定子坐标系下双馈电机的控制方法，包括：
[0020] 根据双馈电机的定子电压和定子电流，确定双馈电机的定子瞬时输出功率；以及 根据双馈电机的定子电压、定子电流、转子机械角频率和电机参数，确定非线性反馈项；
[0021] 根据双馈电机的定子给定功率和所述定子瞬时输出功率，确定定子功率调节信 号；以及根据所述定子瞬时输出功率，确定状态反馈信号；
[0022] 根据所述非线性反馈项、所述定子功率调节信号和所述状态反馈信号，确定双馈 电机的转子电压。
[0023] 本发明实施例提供的方案中，在现有双馈电机的定子功率控制环路中增加状态反 馈环节，对非线性反馈项进行镇定，能够提高功率控制环路的稳定性。
【附图说明】
[0024] 图1为现有技术中的定子坐标系下双馈电机的定子有功功率控制环路的示意图；
[0025] 图2为本发明实施例提供的定子坐标系下双馈电机的控制系统中定子有功功率 控制环路的示意图之一；
[0026] 图3为本发明实施例提供的定子坐标系下双馈电机的控制系统中定子有功功率 控制环路的示意图之二；
[0027] 图4为本发明实施例提供的定子坐标系下双馈电机的控制系统中定子无功功率 控制环路的示意图；
[0028] 图5为本发明实施例提供的定子坐标系下双馈电机的控制系统的示意图；
[0029] 图6为本发明实施例提供的定子坐标系下双馈电机的控制系统的详细示意图；
[0030] 图7为本发明实施例提供的定子坐标系下双馈电机的控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031] 为了给出提高功率控制环路的稳定性的实现方案，本发明实施例提供了一种定子 坐标系下双馈电机的控制系统及控制方法，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进 行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发 明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032] 在定子坐标系下，双馈电机方程为：
(2)
[0035] 其中，圮为定子电压矢量；
[0036] .为转子电压矢量；
[0037] ξ为定子电流矢量；
[0038] ξ为转子电流矢量；
[0039] Ij为定子磁链矢量；
[0040] 足为转子磁链矢量；
[0041] 为转子机械角频率；
[0042] Rs为定子等效电阻；
[0043] Rr为转子等效电阻。
[0044] 选取转子电流矢量「和定子磁链矢量I；作为状态变量。
[0047] 其中，Ls为定子等效电感；
[0048] Lr为转子等效电感；
[0049] Lni为激磁电感。
[0050] 根据上述公式（1)，（2)，（3)和（4)，将双馈电机方程转化为标准空间状态方程：
[0064] 其中，λ "为定子坐标系下，转子磁链的（！轴分量；
[0065] λ &为定子坐标系下，转子磁链的β轴分量；
[0066] λ as为定子坐标系下，定子磁链的（！轴分量；
[0067] λ es为定子坐标系下，定子磁链的β轴分量；
[0068] 11"为定子坐标系下，转子电压的a轴分量；
[0069] Uf^为定子坐标系下，转子电压的β轴分量；
[0070] Uas为定子坐标系下，定子电压的a轴分量；
[0071] Ues为定子坐标系下，定子电压的β轴分量；
[0072] ias为定子坐标系下，定子电流的（！轴分量；
[0073] iPs为定子坐标系下，定子电流的β轴分量；
[0074] 为定子坐标系下，转子电流的（！轴分量；
[0075] 为定子坐标系下，转子电流的β轴分量。
[0076] 在定子坐标系下，定子瞬时输出有功功率和瞬时输出无功功率为：
[0077] Ps = UasIa^UpsIfis ； (16)
[0078] qs = -UasIp^ufisIasO (17) 上述公式（16)和（17)用定子磁链和转子电流可以表示为：
[0097] 有功系统中令：
[0104] 设有功功率调节器的传递函数为Cp(s)，则闭环系统控制框图如图2所示，系统闭 环传递函数Hp'（s)为：
[0109] 此时有功系统的系统方程可以等效为：
[0111] 其中，K和M为等效参数。
[0112] 可见，定子输出有功功率由两部分决定，一部分由调节器输出决定，一部分由非线 性反馈项决定。双馈电机对定子有功功率的传递函数G p(S)为：
[0114] 由此，可以构建图3所示的定子有功功率的控制环路，其中：
[0115] >U.)为定子给定有功功率；
[0116] Ps(S)为定子输出有功功率；
[0117] W1(S)为非线性反馈项；
[0118] Kp为有功功率状态反馈环节。
[0119] 闭环传递函数Hwl (S)为：
[0121] 因此，可以由反馈环节Kp来设定闭环传递函数的极点，使定子有功功率控制环路 稳定。
[0122] 同理，可以构建图4所示的定子无功功率的控制环路，其中：
[0123] 4(>.)为定子给定无功功率；
[0124] Qs(S)为定子输出无功功率；
[0125] W2(S)为非线性反馈项；
[0126] Cq(S)为无功功率调节器；
[0127] Gq(