带有电流控制电压型逆变器的新型双绕组异步发电机的电压控制傅玉，马伟明，李玉梅，王东（海军工程大学电力电子技术应用研究所，湖北武汉430033）载变化的缺点，而且提高了系统的电磁兼容性。其控制系统由两个PI电压控制器和一个滞环电流控制器组成。为了对其电压控制性能和调节速度进行研究，本文建立了计及磁路饱和的双绕组异步发电机及其控制系统的数学模型。对负载、转速突然变化等动态过程中电压控制性能进行了仿真研究。结果表明，该系统具有较好的电压控制性能和响应速度。

　　随着对再生能源的重视，国内外加速了对自激异步发电机的研究和发展。笼型异步电机由于具有结构简单、坚固耐磨、造价低廉、维护方便和功率密度高等突出优点，越来越受到人们的重视。传统自激三相异步发电机通过在其输出端并联电容器来提供励磁，在电机的输出端建立电压。当负载或原动机转速发生变化时，异步发电机的输出电压和频率将随之发生变化。提出了同步调相器的方法，但却加了成本和维护工作量；文则通过控制饱和电抗器的电流来调节电压，但大的电抗器存在着体积大和重量重的问题；文利用PWM逆变器对自激异步发电机进行串联补偿以控制电压，而电力电子变换装置将引起交流电压波形畸变，降低电磁兼容性。

　　本文的新型双绕组异步发电机的定子上布置有两套绕组，如所示，一套绕组为功率绕组，其输出端接自励电容及负载；另一套为控制绕组，接由三相电流控制电压型逆变器构成的电压控制回路。逆变器的直流侧连有一个电解电容作为电压源。由于电压型逆变器的直流侧没有有功源相连，异步发电机提供很小一部分有功以补偿逆变器的损耗来维持直流侧电容的电压为恒定值。电机空载运行时由自励电容自励建立空载额定电压；当电机负载运行时，通过控制器调节逆变器输出电压，提供所需的无功励磁电流，从而使端电压保持恒定。两套绕组之间不存在直接的电联系，仅有磁耦合，这样大大减小了电力电子变换装置对功率绕组的影响，提高了电磁兼容性1.另外由于功率绕组与控制绕组的极数相同，所以功率绕组与控制绕组的工作频率也相同，这一特性使得可以由控制绕组的频率决定功率绕组的频率，起到稳定频率的作用。

　　对于该系统而言，其电压调节性能和动态响应速度是重要的性能指标，需要对其进行详细研究。由于自励异步发电机的自励建压等过程都与磁路饱和有关，本文建立了计及磁路饱和的双绕组异步发电机及其控制系统的数学模型，并进行了控制策略的分析。对负载、转速突然变化的动态过程中电压控制性能进行了仿真研究。仿真结果说明该系统具有较好的电压控制性能和响应速度。

　　1双绕组异步发电机的模型1.1数学模型为简化分析，坐标系选取为随转子旋转的dq0坐标。通过dq变换dq轴绕组间与主磁路对应的互感抗己经消去，但是dq轴间的互漏感抗即使在只考马伟明（960）男，教授，工程院院士，博士，丰要从事特种电源和电力系统电磁兼容性研宄。〃，。

　　虑气隙磁场基波分量的情况下，也不能完全解耦。

　　但是这些互漏感抗数值非常小，忽略它们对系统分析引起的误差不大。这样功率绕组、控制绕组和转子绕组的电压和磁链方程可以表示成如下的标么值形式：子绕组的漏抗，Xm为激磁电抗，下标ps、r分别代表定子功率绕组、定子控制绕组和转子绕组。d、q电流和磁链。

　　1.2磁路饱和作用的考虑将各绕组dq轴的电流进行合成，得到等效电流，再利用空载特性曲线就可以确定电机的饱和参数（激磁电抗）。将饱和的激磁电抗代入模型中进行计算，以此来仿真磁路饱和的作用。

　　+idr，将二者合成得到总的合成电流电流来确定激磁电抗Xrn. 2控制策略双绕组异步发电机由控制绕组侧所接的电流控制的电压型逆变器来提供所需的无功电流以补偿因负载而变化的励磁电流。

　　控制系统采用两个PI闭环控制：一个是功率绕组的整流桥负载的直流侧电压的闭环控制；另一个是逆变器直流侧电容电压的闭环控制。发电机功率绕组整流桥负载的直流侧电压经过反馈，与电压进行比较，误差通过一个PI控制器，其输出信号（sq）用来控制逆变器电流的无功分量。如果反馈的电压值大于电压值，则逆变器提供落后代表dq轴，5读示电阻和分别n电压blish的恢纠量发电机的输出电压幅值随之减小m相傅玉，等：带有电流控制电压型逆变器的新型双绕组异步发电机的电压控制反，当反馈的电压值小于电压值时需要超前的无功能量。另外，维持逆变器直流侧电容电压为常值的能量需要由异步发电机提供，所以逆变器电流的有功分量由逆变器直流侧电容电压与其电压相比较经过另一个PI控制器输出（/sd）得到。

　　单位矢量正弦波Va、Vb、V.由控制绕组输出电压Usa、Usb、Use除以它们的幅值Um而得到的，Wa、Wb、是超前Va、Vb、V.相位90的正弦波。

　　3结果与分析为了对系统的电压调节性能进行研究，对一些动态过程进行了仿真，功率绕组带整流桥负载，系统参数见附录。给出了逆变器不工作时自励空载建压和逆变器突然投入工作过程的整流桥直流侧电压和控制绕组电流的波形。逆变器在4.2s时投入运行，整流桥直流侧电压和控制绕组的相电流都会有冲击，但很快就趋于稳定。

　　为突加和突卸额定负载时的整流桥直流侧电压和功率绕组的相电流波形。在3s时，突加负载至满载，5s再突卸至空载。可以看到，突加突卸负载时，整流桥直流侧电压有突变，功率绕组相电流冲击不如系统也很快就趋于稳定bumalElecic地邮H.灿4结论新型双绕组自激异步发电机能较好地解决传统异步发电机电压随负载变化的问题，并提高系统电磁兼容性。本文建立了计及磁路饱和的双绕组异步发电机及其控制系统的数学模型。对负载、转速突然变化的动态过程中电压控制性能进行了仿真研究。结果表明，该系统具有较好的电压控制性能和响应速度。