双绕组同步电机在上世纪提出主要是为了提高电机的容量，现在已经运用到交直流供电系统。而双绕组感应电机主要用于调速系统和变速发电系统。通常在恒压发电系统中采用同步电机，而且这方面技术已经相当成熟。近来，出现了采用感应电机发电方式。感应电机具有同步电机所不具有的优势，比如感应电机体积小，制造工艺简单，机械强度好（转子采用鼠笼机构结构）以及维护方便等。

　　伴随着独立电力系统中电力()集成的需要，高功率密度发电系统已成为发展的方向，异步发电的诸多优势使其成为传统发电系统的重要竞争者，但由于其控制系统复杂、控制效果不理想、效率比较低等因素，并没有被广泛应用。双绕组感应发电机系统在这些方面做出的改进使其广泛应用成为可能，感应发电机即使在原动机转速一定的情况下，其电压的频率也将随负载变化而变化的特点决定了感应发电机适合于带整流负载。在前期工作的基础上，，本文提出了励磁控制器采用模糊PI的控制方法，并且通过仿真证明了该方法的可行性。

　　2 3/ 3相双绕组感应发电系统结构和工作原理本发电系统中的双绕组感应电机具有功率绕组（ Power winding）和控制绕组（ Control winding）两套绕组，如所示。功率绕组用来给直流负载供电，另一套控制绕组则作为补偿绕组提供因负载去磁反应而减小的励磁磁势，从而保持整流桥直流侧

　　电压不变。这两套绕组具有相同的极数，故而在稳态运行时功率绕组和控制绕组具有相同的工作频率。其基本工作原理是：在空载运行时由自励电容建立空载额定电压，当负载运行时，通过PI控制器调节逆变器输出电压和频率，提供一定的无功励磁电流，以补偿因电枢反应引起的去磁磁势。正常工作时，控制绕组主要用来提供补偿励磁所需的无功成分。

　　3 3/3相感应电机数学模型采用选用转子旋转坐标系，将转子折算到功率绕组上任一Y上， 3/ 3相感应电机dq0模型如下：dq0 = X dq0 I dq0，U dq0 = p dq0 + r A dq0 + R dq0 + R dq0 I dq0。

　　其中：dq0 = < dp，qp，0p，dc，qc，0c，dr，qr，or > T U dq0 = < u dp， u qp， u 0p， u dc， u qc， u 0c， u dr， u qr，u 0r > T I dq0 = < i dp， i qp， i 0p， i dc， i qc， i 0c， i dr， i qr， i 0r > T A= diag < A 3， A 3， A 3 > ， A 3 = 0 - 1 0 1 0。

　　R dq0 = diag < R p， R c， R dqr > ， R p = diag < r p， r p，r p > ，R c = diag < r c， r c， r c > ， R dqr = diag < r dr， r qr， r 0r >.

　　X dq0 = X pp X pc X pr X cp X cc X cr X rp X rc X rr，X pp = diag < x dp， x qp， x 0p > ，X pc = X cp = x dmpc x dqmpc 0 x dqmpc x qmpc 0 x 0mpc，X pr = diag< x qmpr， x qmpr， 0> ，X rp = diag< x dmrp， x qmrp， 0> ，X cc = diag< x dc， x qc， x 0c > ，X cr = diag< x dmcr， x qmcr， 0> ，X rc = diag< x dmrc， x qmrc， 0> ，X rr = diag < x dr， x qr， x 0r >.

　　其中， x p = x dp = x qp = x 1p + x m，x c = x dc = x qc = x 1c + x m，x dr = x qr = x 1r + x m， x dqmpc为功率绕组和控制绕组之间的dq轴互漏感，值非常小，忽略x dqmpc对系统分析引起的误差不大。x dmpc， x qmpc分别为控制绕组和功率绕组之间的d轴和q轴之间互漏感。x 1p为功率绕组自漏抗， x 1c为控制绕组自漏抗， x 1r为转子绕组自漏抗。

　　4 3/ 3相双绕组感应发电系统励磁控制方式该系统的励磁控制采用两个模糊PI环控制：一个环是功率绕组的整流桥负载的直流侧电压的闭环控制；另外一个环是逆变器直流侧电容电压的闭环控制。功率绕组整流桥直流侧电压被检测后与预先设定的参考电压值进行比较，比较得到的误差值通过模糊PI控制器，模糊PI控制器的输出用来控制逆变器参考电流的无功分量；而控制绕组直流侧电容电压检测值与设定值的比较误差通过模糊PI控制器后输出用来控制逆变器参考电流的有功分量。，采用锁相环（ PLL），实时跟踪控

　　制绕组侧直流电压的基波相位，其相位为励磁有功相位，再将其相位超前/ 2，得到所需要的励磁无功相位。分别与由模糊PI输出的有功电流量和无功电流量相乘后，再经过一个加法器得到所要的励磁控制器所需要产生电流的参考值，再经过电流跟踪器产生PWM脉冲，控制逆变器。

　　5励磁控制器的设计如所示，模糊控制器结构是由W. L.

　　Bialkowski提出来的，它是由一个常规积分控制器和一个二维模糊控制器并联而成的。常规PI控制器输出为u i（ u i = K I e i）和二维模糊控制器输出量u f相叠加，作为混合型模糊PID控制器的总输出，即u = u i + u f，可使系统成为无差模糊控制系统。

　　在本发电系统中，有功励磁控制器具体结构。其中u dc为控制器绕组直流侧电容电压实际值，设定给定参考电容电压为450V， i m为经过混合模糊PID以后输出的有功电流。

　　常规积分器k p、k i取值按照一种简单的整定方法归一参数整定法，先把二维模糊控制器支路断开，选择合适的采样周期T，调节器作纯比例k p控制。逐渐加大k p，使系统出现临界振荡。

　　在临界振荡过程中求得相应的临界振荡周期T s。再根据一定的约束条件，例如：T 0. 1T s， T i0. 5T s， d 0. 125T s，即k i 0. 2k p。得到k p = 10， k i = 2.

　　在二维模糊控制器中，采用三角隶属度，输入量e、de/ dt按变化值分为： {NB， NM， NS， Z， PS， PM，PB}， e、de/ dt的论域均为{- 3， - 2， - 1， 0， 1， 2， 3}，模糊控制输出量论域为{- 3， - 2， - 1， 0， 1， 2， 3}.

　　同理，无功电流励磁控制器如所示。u c为功率绕组直流侧负载电压实际值，给定电压值为600V， i c为经过混合模糊PID以后输出的无功电流。

　　6仿真结果在Matlab/ Simulink环境中建立仿真模型， 3/ 3相电机模型利用S函数编写。由上面的数学模型，当忽略X dqmpc时，数学模型简化如下：（ 1）功率绕组电压、磁链方程：u dp = r p i dp + p dp - r qp u qp = r p i qp + p qp - r dp = x 1p i dp + x m（ i dp + i dc + i dr）qp = x 1p i qp + x m（ i qp + i qc + i qr）（ 2）控制绕组电压、磁链方程：u dc = r c i dc + p dc - r qc u qc = r c i qc + p qc + r dc = x 1c i dc + x m（ i dp + i dc + i dr）qc = x 1c i qc + x m（ i qp + i qc + i qr）（ 3）转子绕组电压、磁链方程：u dr = r r i dr + p dr u qr = r r i qr + p qr dr = x 1r i dr + x m（ i dp + i dc + i dr）qr = x 1r i qr + x m（ i qp + i qc + i qr）将磁链方程带入电压方程，写成关于I dp0 = < i dp， i qp， i dc， i qc， i dr， i qr > T的状态方程：pI dq0 = - r A - 1 BI dq0 + A - 1 U dq0 A= x p 0 x m 0 x m 0 0 x p 0 x m 0 x m x m 0 x c 0 x m 0 0 x m 0 x c 0 x m x m 0 x m 0 x r 0 0 x m 0 x m 0 x r，

　　B= r p / r - x p 0 - x m 0 - x m x p r q / r x m 0 x m 0 - x m r c / r - x c 0 - x m x m 0 x c r c / r x m 0 r / r 0 r / r电机参数如下：额定功率P N = 5kW，电机极对数P= 2；额定线电压U N = 380V；功率绕组内阻r p = 0. 374？ ；控制绕组内阻r c = 0. 665？；转子绕组内阻r r = 0. 665？。

　　自激电容C f = 100F；电机额定转速N= 1500n/ min；功率绕组、控制绕组和转子绕组的自漏感L pl = L cl = L rl = 0. 0045H.仿真结果如下：（ 1）空载。

　　（2）在t= 0. 4s时，加入负载，负载R= 100.

　　（3）在t= 0. 4s时，卸去负载，负载R= 100.

　　7结论本文简单分析了双绕组感应发电系统的结构和工作原理，并且使用混合型模糊无差PID构成双环励磁控制，通过仿真可以看到采用混合型模糊PID控制器可以在很大程度上改善发电系统的动态响应，起励建立电压快，进入稳态后，稳态误差小，系统稳定。在负载变化时，能快速调整，保证电压的稳定。