【摘 要】交流勵磁發(fā)電機的勵磁電流是低頻交流，在有效調(diào)控勵磁電流頻率、幅值、相序和相位的情況下，可使交流勵磁發(fā)電機以超同步速、同步速和次同步速工作運行，也就是可以變速的恒頻發(fā)電運轉(zhuǎn)，并且可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機供應有功功率和無功功率。

【關(guān)鍵詞】交流勵磁 發(fā)電機 勵磁控制系統(tǒng) 系統(tǒng)設計

交流勵磁發(fā)電機勵磁與老式同步發(fā)電機相比控制更自由，運行性能更強。它的運行特性主要表現(xiàn)在三個方面：穩(wěn)定性和適應性強、有功功率和無功功率調(diào)節(jié)獨立、進行運行能力強。

一、基于動態(tài)同步軸系的雙通道解耦控制原理

在單機無窮大系統(tǒng)中，定子遵從發(fā)電機慣例，轉(zhuǎn)子遵從電動機慣例。轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時，標記轉(zhuǎn)差率s為正[1]，如果電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)相反，也為正，這樣就得出了基于同步坐標系的交流勵磁發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)電壓電流方程，利用該方程，可以推得同步坐標軸系下的計算有功功率和無功功率的公式：（有功功率計算公式）（無功功率計算公式）。

然后可以在導納矩陣中可以找到Y(jié)11、Y13、Y14、Y21、Y23、Y24等項的對應項，它們只受電機參數(shù)和轉(zhuǎn)差率的影響。通過計算得出基于同步坐標軸系，有功功率和無功功率的條件都受到Urd、Urq的影響，所以實現(xiàn)不了有功、無功的解耦控制。運用導納矩陣這組公式計算可以得出：Y13=Y24，Y23=-Y14。這樣就可以得到基于動態(tài)同步坐標軸系的有功、無功公式，在基于動態(tài)同步軸系的交流勵磁發(fā)電機的解耦數(shù)學模型基礎上，能夠創(chuàng)建動作同步軸系下的交流勵磁發(fā)電機勵磁控制模型。用U，rd0和U，rq0分別表示勵磁電壓在動態(tài)同步軸系d，軸上的檢測分量和給出控制分量，U，rd和U，rq分別是勵磁電壓在動態(tài)同步軸系q，軸上的檢測分量和給出控制分量，ΔP是當前檢測到的有功輸出和上一次檢測到的有功輸出之差，用誤差調(diào)節(jié)來追蹤原動機輸出的有功功率變動情況，Δs表示的是接受反饋的轉(zhuǎn)差率和設定的轉(zhuǎn)差率的差值，ΔQ是設定的無功輸出和接受反饋的無功輸出的差值，KP、KQ、KS分別是反饋系數(shù)。按照反饋系數(shù)的選取規(guī)定，其取值必須滿足：KP>0、KQ>0、KS>0。從而得出不需要測量轉(zhuǎn)子電壓電流，就能夠?qū)涣鲃畲虐l(fā)電機進行勵磁控制。

二、勵磁控制系統(tǒng)硬件設計

勵磁控制系統(tǒng)使用的完成方式是雙CPU。主控CPU作為勵磁控制系統(tǒng)的核心，用于實現(xiàn)信號采集和勵磁控制算法，另一個CPU根據(jù)主控CPU發(fā)出的勵磁信號，通過PWM波形，控制勵磁主回路的交直交變頻器，提供三相勵磁電壓；雙CPU是使用雙端口存儲器進行連接的，它們可以進行數(shù)據(jù)交換，協(xié)作完成對勵磁控制系統(tǒng)的控制。

三、勵磁控制系統(tǒng)的軟件設計

勵磁控制系統(tǒng)是使用主控CPU上的程序來進行交流勵磁發(fā)電機勵磁控制算法的運行的。軟件設計框主要分為信號檢測和勵磁控制算法兩部分。

（一）信號檢測模塊設計

要完成對發(fā)電機定子三相電壓、電流瞬時值、轉(zhuǎn)子位置角和轉(zhuǎn)差率的測量，可以使用定子電壓檢測模塊、定子電流檢測模塊、轉(zhuǎn)子位置角檢測模塊和轉(zhuǎn)差率檢測模塊來實現(xiàn)。

在交流信號檢測中，使用富氏算法分析通過在發(fā)電機定子三相電壓和電流一周期內(nèi)等間距采樣收集到的32個樣本數(shù)據(jù)，得出電壓和電流相量，從而完成對電流信號的檢測。在軟件設計中，要注意測量定子電壓周期，使用倍頻方法確保電壓電流一周期中的等間距采集數(shù)據(jù)。

（二）勵磁控制算法的設計

功率計算、有功和無功通道調(diào)節(jié)、變換坐標和參數(shù)計算等共同構(gòu)成了勵磁控制算法。

功率計算：

坐標變換：變換發(fā)電機定子三相電壓瞬時值坐標后，d軸相對于定子A相繞組的電角度。

參數(shù)計算：電機導納矩陣中的Y11、Y21、Y以及同步軸系和動態(tài)同步軸系間角度δ可以使用電機參數(shù)和轉(zhuǎn)差率s計算得出。

（三）數(shù)字濾波設計

在實踐中會發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中因為轉(zhuǎn)子勵磁電壓含有諧波，會引起定子電壓電流也含有很多諧波，這樣就會使反饋得到的有功、無功諧波含量變大。可以使用變長度濾波法，并且采用多次測量求取平均值的方法進行數(shù)字濾波的設計。

實驗結(jié)果與分析

試驗結(jié)果：交流勵磁發(fā)電機并網(wǎng)之前和并網(wǎng)之后的轉(zhuǎn)子勵磁電流波動大并且較密集。

圖1 圖2

四、總結(jié)

本文設計了交流勵磁發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的研究，在基于動態(tài)同步坐標軸系的交流勵磁發(fā)電機上實現(xiàn)了雙通道解耦勵磁控制，更進一步地求證出了在雙通道環(huán)境下的進行勵磁控制這一選擇的正確性。為了保證勵磁控制的準確性，本系統(tǒng)設計必須使用數(shù)字濾波方式。希望本設計在今后的系統(tǒng)設計能夠給大家以啟發(fā)。

參考文獻：

[1] 張浩.交流勵磁發(fā)電機勵磁控制研究[D].遼寧：遼寧工程技術(shù)大學，2010.