陳 謙，張 琦，仇 娜，王晨晟，何承樹(shù)

（河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，南京 210000）

近年來(lái)，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，比如輸電網(wǎng)中的高壓直流HVDC（high volt?age direct current）輸電、靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC（stat?ic var compensator）等，以及配電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)、分布式發(fā)電設(shè)備等。隨著電力電子技術(shù)應(yīng)用比例的增高，電力系統(tǒng)中直連的旋轉(zhuǎn)電機(jī)比例下降，造成整體慣性及動(dòng)態(tài)電壓支持能力的下降，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了嚴(yán)重的影響。

針對(duì)上述問(wèn)題需要從兩方面著手解決，一方面采用更加快速有效的控制手段，如基于電力電子技術(shù)的動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償設(shè)備[1?3]；另一方面也需要改善電力系統(tǒng)固有的特性，如增設(shè)一定比例的調(diào)相機(jī)[4?6]。基于電力電子技術(shù)的動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償設(shè)備方面，已開(kāi)展了較多的研究與實(shí)踐，例如：基于新型級(jí)聯(lián)變換器PUC（packed U cells）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)電壓[7]、采用新型自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃GrHDP（goal representa?tion heuristic dynamic programming）的靜止無(wú)功補(bǔ)償器能快速補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功功率[8]、虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG（virtual synchronous generator）平衡電流控制架構(gòu)及方法[9]、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置替代電容補(bǔ)償[10]等；改善電力系統(tǒng)固有特性方面，近幾年來(lái)國(guó)家電網(wǎng)公司在多回特高壓直流的送受端加裝了調(diào)相機(jī)[11]，其容量、瞬時(shí)無(wú)功支撐能力、響應(yīng)速度等比早期的調(diào)相機(jī)都有顯著提高[12?13]，主要應(yīng)用于大直流落點(diǎn)附近，用于改善無(wú)功支撐能力及響應(yīng)速度[14?16]，另外用于某些光伏等新能源發(fā)電大規(guī)模接入地區(qū)，用于改善電壓支撐薄弱的問(wèn)題[17?19]。

然而，目前新增的調(diào)相機(jī)補(bǔ)償暫態(tài)調(diào)節(jié)能力仍然有限，對(duì)系統(tǒng)因直流閉鎖等造成的有功缺失而產(chǎn)生的頻率波動(dòng)問(wèn)題難以進(jìn)行有效補(bǔ)償，且故障率偏高、維修期長(zhǎng)、維修成本高[20]。所以，對(duì)調(diào)相機(jī)功能的進(jìn)一步改善是值得深入研究的。

20世紀(jì)五六十年代之前，電網(wǎng)的調(diào)控手段少，調(diào)控能力弱，因此設(shè)置調(diào)相機(jī)可以顯著增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性[21?23]。隨著電力電子、控制、通訊、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的調(diào)控手段逐漸增多、控制能力得到增強(qiáng)，因此傳統(tǒng)的調(diào)相機(jī)逐漸退出了運(yùn)行。21世紀(jì)以來(lái)，電力系統(tǒng)的空心化趨勢(shì)日趨明顯，因此重新設(shè)置調(diào)相機(jī)成為一種迫切的需求。目前，新設(shè)置的調(diào)相機(jī)雖然比早期的調(diào)相機(jī)性能顯著提高，但是仍然存在容量不足、成本較高、頻率支撐能力弱等缺點(diǎn)。

為此，本文提出了一種新型的調(diào)相機(jī)，通過(guò)增設(shè)一組定子控制繞組以及附加的電力電子換流裝置，使得電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)子不再保持同步，通過(guò)轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能的變化提升頻率支撐的能力。設(shè)計(jì)了該調(diào)相機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，分析了其運(yùn)行方式，并對(duì)其控制方式進(jìn)行了研究分析。

1 原理與設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)同步電機(jī)是一種轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速保持同步的交流電機(jī)，而同步調(diào)相機(jī)與一般同步電機(jī)的區(qū)別在于同步調(diào)相機(jī)不用原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)或不帶機(jī)械負(fù)載。其主要作用是增加電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)慣性，并提供電力系統(tǒng)相應(yīng)的無(wú)功支撐，即通過(guò)勵(lì)磁來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)相機(jī)的無(wú)功輸出[24?25]。

電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)相機(jī)可采用過(guò)勵(lì)運(yùn)行方式，即勵(lì)磁電流較大，定子電流滯后于端電壓，發(fā)出滯后的無(wú)功功率；若采用欠勵(lì)運(yùn)行方式，即減小勵(lì)磁電流，定子電流反之變大，并超前于端電壓，從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率。電網(wǎng)受到較大擾動(dòng)后，較短時(shí)間內(nèi)由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)慣量作用以及定子耦合磁鏈的保持作用，可以為電網(wǎng)提供較大的有功和無(wú)功支撐。

1.1 原理分析

目前，由于局部電網(wǎng)的設(shè)備總體特性變化較大，如特高壓直流落點(diǎn)附近區(qū)域、新能源發(fā)電密集區(qū)域等，可以為電網(wǎng)提供的有功和無(wú)功支撐仍然不足，特別是有功支撐方面。電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)有功支撐能力不足，會(huì)使局部發(fā)生失步，或使系統(tǒng)頻率短時(shí)間變化明顯，因此需要快速的儲(chǔ)能容量參與平衡控制。目前，電網(wǎng)中的儲(chǔ)能設(shè)備逐漸增加，但可以快速動(dòng)作的儲(chǔ)能容量并不充足，因此亟需充分挖掘可利用的快速有功調(diào)節(jié)能力。

傳統(tǒng)調(diào)相機(jī)雖然在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中可以提供有功功率平衡的能力，但是由于其需要保持同步運(yùn)行，因此轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能并不能充分利用。因此，本文研究一種新的控制方法，使得動(dòng)態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)子放棄同步旋轉(zhuǎn)的約束，進(jìn)而可以更多地吸收或釋放能量，從而更有效地參與系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)。

本文提出一種調(diào)相機(jī)的改進(jìn)措施，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括電機(jī)部分和換流器部分，其中電機(jī)模型由定子固定繞組、定子控制繞組和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成，換流器模型由固定側(cè)換流器、控制側(cè)換流器和背靠背直流電容組成。與現(xiàn)有調(diào)相機(jī)區(qū)別在于，該機(jī)采用了雙定子繞組結(jié)構(gòu)，每個(gè)定子繞組都接有相應(yīng)的電力電子換流器，通過(guò)開(kāi)關(guān)K1～K3改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可工作在不同的運(yùn)行模式下。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic of system structure

為了使得調(diào)相機(jī)充分介入電網(wǎng)的一次調(diào)頻，從而為二次調(diào)頻預(yù)留出充足裕度，需要調(diào)相機(jī)具有一定的能量吸收或補(bǔ)充能力，或視為一種儲(chǔ)能能力。但調(diào)相機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)是沒(méi)有原動(dòng)機(jī)或負(fù)載的，因此如何配置一定的儲(chǔ)能設(shè)備是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵。在沒(méi)有其他儲(chǔ)能設(shè)備的前提下，如何利用轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機(jī)械儲(chǔ)能是一個(gè)比較切實(shí)可行的選擇，但必須采用一定的技術(shù)措施使得轉(zhuǎn)子不必要再維持機(jī)械同步運(yùn)行。

轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)是容量較大、交換功率較高、響應(yīng)速度很快，因此可以充分用于電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻。目前已有一些相關(guān)的研究，如利用DFIG風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻[26?29]。DIFG機(jī)組單機(jī)功率較小，因此其交換功率的調(diào)節(jié)可以通過(guò)附加在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁控制上實(shí)現(xiàn)。然而，調(diào)相機(jī)的容量較大，將轉(zhuǎn)子改為三相交流勵(lì)磁技術(shù)難度較大。因此，針對(duì)調(diào)相機(jī)單機(jī)容量較大的特點(diǎn)，本文提出了增設(shè)一組定子繞組用于附加功率控制，如此可降低技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度，并充分利用調(diào)相機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能。

1.2 電機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)行模式

設(shè)置定子控制繞組后，電機(jī)的本體結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中的電機(jī)設(shè)置了雙定子繞組，其中繞組Aa、Bb、Cc為定子固定繞組，繞組Xx、Yy、Zz為定子控制繞組；轉(zhuǎn)子繞組Ff與現(xiàn)有同步電機(jī)一致。

圖2 電機(jī)設(shè)計(jì)示意Fig.2 Schematic of motor design

相應(yīng)的運(yùn)行模式可安排如下：

（1）常規(guī)調(diào)相模式。若開(kāi)關(guān)K1閉合，K2、K3斷開(kāi)，則定子固定繞組和定子控制繞組是并聯(lián)運(yùn)行的，而換流器部分退出運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)于現(xiàn)有的常規(guī)調(diào)相機(jī)工作，此時(shí)可以為電網(wǎng)提供旋轉(zhuǎn)慣性補(bǔ)償及暫態(tài)電壓支撐，以及通過(guò)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁進(jìn)行無(wú)功功率控制。

（2）無(wú)功增強(qiáng)模式。開(kāi)關(guān)K1、K2、K3都處于閉合狀態(tài)，兩側(cè)換流器同時(shí)提供額外的電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償，而背靠背換流器無(wú)直流功率交換。此時(shí)，相當(dāng)于在常規(guī)調(diào)相機(jī)模式下，增加了電力電子并聯(lián)裝置的無(wú)功補(bǔ)償作用，可進(jìn)一步增該調(diào)相機(jī)的動(dòng)態(tài)無(wú)功/電壓支撐能力。

（3）轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能模式。開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)，K2、K3閉合。此時(shí)，定子固定繞組側(cè)的換流器控制注入并網(wǎng)點(diǎn)的無(wú)功功率以及直流電壓恒定，而定子控制繞組側(cè)的換流器控制交流勵(lì)磁電壓（頻率與幅值）以及直流交換功率。通過(guò)第二個(gè)定子繞組（定子控制繞組）的勵(lì)磁控制，改變電機(jī)氣隙里的磁場(chǎng)分布，迫使轉(zhuǎn)子加速或減速的同時(shí)，使得第一個(gè)定子繞組耦合的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)仍保持同步。相應(yīng)的轉(zhuǎn)速與頻率約束方程為

式中：ωp為定子固定繞組的轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)的頻率為fp；ωc為定子控制繞組的轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)的頻率為fc；ωr為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)的頻率為fr。

一般情況下，該調(diào)相機(jī)可工作在模式1或模式2下，定子由2個(gè)繞組并聯(lián)構(gòu)成，容量利用率較高，而作為同步電機(jī)其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持不變。如果工作在模式3下，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)有功缺失造成轉(zhuǎn)速下降后，調(diào)相機(jī)可按照預(yù)先整定的功率參與一次調(diào)頻，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，短時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)注入更多的有功功率。本文重點(diǎn)討論模式3的運(yùn)行控制。

1.3 換流器設(shè)計(jì)

運(yùn)行在模式3的背靠背換流器組中，VSC1的作用是控制并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償，并控制直流電壓，如圖3所示；VSC2的作用是控制第二組定子繞組（定子控制繞組）勵(lì)磁（頻率/幅值），并控制直流交換功率，如圖4所示。

圖3 VSC1控制結(jié)構(gòu)Fig.3 Control structure ofVSC1

圖4 VSC2控制結(jié)構(gòu)Fig.4 Control structure ofVSC2

本文只討論了常規(guī)的背靠背三相全控型換流器以及相應(yīng)的雙環(huán)型PWM控制結(jié)構(gòu)，實(shí)際工程中，可根據(jù)性能、容量、成本等實(shí)際需求而采用其他的換流器及其控制方式。

1.4 運(yùn)行機(jī)理分析

1）初始運(yùn)行狀態(tài)

由于背靠背換流器采用了雙環(huán)型PWM結(jié)構(gòu)，為分析簡(jiǎn)便將只考慮基波的作用，而忽略諧波等因素的影響。另外，假定并網(wǎng)點(diǎn)的電壓U?s維持不變，其狀態(tài)向量圖如圖5所示。

圖5 向量圖Fig.5 Vector diagram

擾動(dòng)發(fā)生前，電力系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，在轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能模式下運(yùn)行，調(diào)相機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)保持同步，而定子控制繞組處于空載狀態(tài)。VSC1控制其交流側(cè)的無(wú)功功率，作為并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功功率的增強(qiáng)控制；VSC2控制其交流側(cè)電壓與定子控制繞組空載電壓一致；直流交換功率為0。調(diào)相機(jī)系統(tǒng)的初始運(yùn)行狀態(tài)如圖5（a）所示，U?s是系統(tǒng)電壓，E?f是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電勢(shì)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電勢(shì)滯后系統(tǒng)電壓一個(gè)較小的角度δ0，表示其相應(yīng)的損耗（下文中，假定不同運(yùn)行狀態(tài)下?lián)p耗不變）。

2）轉(zhuǎn)子降速控制與附加有功補(bǔ)償

當(dāng)電網(wǎng)受到較大擾動(dòng)后，可造成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，為了增強(qiáng)調(diào)相機(jī)的等效慣性，當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，定子控制繞組及其聯(lián)接的換流器VSC2投入工作。即進(jìn)入轉(zhuǎn)子降速控制與附加有功補(bǔ)償狀態(tài)。另外，也可根據(jù)收到的外部指令，進(jìn)行相應(yīng)的功率補(bǔ)償控制。

其主要機(jī)理在于，通過(guò)定子控制繞組和轉(zhuǎn)子繞組的共同作用，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，但定子固定繞組交聯(lián)的磁鏈仍然與并網(wǎng)點(diǎn)的系統(tǒng)頻率同步。這樣，從電網(wǎng)側(cè)看來(lái)，該調(diào)相機(jī)仍然是與電網(wǎng)同步運(yùn)行的，但是實(shí)際的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，釋放出的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能可以用于提高等效慣性，并補(bǔ)充電網(wǎng)的一次調(diào)頻能力。

換一個(gè)角度，對(duì)于轉(zhuǎn)子而言，此時(shí)兩個(gè)定子繞組產(chǎn)生綜合旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速是逐漸降低的，但是該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的機(jī)械旋轉(zhuǎn)是保持同步的，如圖5（b）所示。其中，U?c是定子控制繞組的等效電勢(shì)，E??是兩個(gè)定子繞組磁場(chǎng)疊加后的等效電勢(shì)。E??的轉(zhuǎn)速是逐步降低的，但是與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電勢(shì)之間仍然保持同步運(yùn)行。

定子控制繞組電勢(shì)U?c、定子綜合電勢(shì)E??以及U?s和E??的夾角θ之間的關(guān)系為

雖然降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，可以快速釋放一定的機(jī)械儲(chǔ)能參與電網(wǎng)的有功補(bǔ)償，但是受到機(jī)械結(jié)構(gòu)、換流器容量等條件的制約，以及為了達(dá)到補(bǔ)償功率與補(bǔ)償時(shí)長(zhǎng)的總體最佳效果，需要合理整定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降控制。

設(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的初值為ω0、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J、功率為P，則其相互關(guān)系及夾角θ分別為

假設(shè)經(jīng)過(guò)整定的功率為P，整個(gè)補(bǔ)償持續(xù)時(shí)間為t，可得U?s和U?c的夾角 ∠U?c為

從功率流動(dòng)的方面而言，上述的補(bǔ)償過(guò)程是依靠背靠背換流器的控制實(shí)現(xiàn)的。其中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降釋放出的能量，一部分通過(guò)定子固定繞組注入并網(wǎng)點(diǎn)，另一部分通過(guò)VSC2、直流回路及VSC1，注入并網(wǎng)點(diǎn)。

3）擾動(dòng)結(jié)束后的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)歸

轉(zhuǎn)子釋放了一部分能量后，其轉(zhuǎn)速會(huì)變慢，與系統(tǒng)電壓向量會(huì)存在一定的差拍，或可認(rèn)為是一種靠電力電子換流器聯(lián)系起來(lái)的不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。因此，電網(wǎng)擾動(dòng)結(jié)束一段時(shí)間后（可按一定的延時(shí)整定，如并網(wǎng)點(diǎn)電氣信號(hào)恢復(fù)穩(wěn)定后10～20 min）需要進(jìn)行復(fù)歸控制，應(yīng)當(dāng)重新使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高，恢復(fù)初始的運(yùn)行狀態(tài)。

若想轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E?f和系統(tǒng)電壓U?s的轉(zhuǎn)速重新恢復(fù)一致，如圖5（a）所示，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能的吸收控制，即之前釋放旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能的逆控制。轉(zhuǎn)子復(fù)歸控制的整定功率可以相對(duì)更小，復(fù)歸時(shí)間可以相對(duì)更長(zhǎng)。

2 仿真分析與驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該調(diào)相機(jī)利用轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能進(jìn)行補(bǔ)償控制的作用，利用Simulink進(jìn)行了建模仿真。

2.1 基于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速改變的功率補(bǔ)償控制

調(diào)相機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)機(jī)端頻率下降后，觸發(fā)預(yù)先整定的功率補(bǔ)償控制，整定值如圖6（a）所示。整定補(bǔ)償功率為10 kW，整定補(bǔ)償時(shí)間為3 s。在5 s時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降并釋放額外的能量，相應(yīng)的有功和無(wú)功功率、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ω及U?s和E??的夾角θ的變化分別如圖6（b）、（c）、（d）所示。

圖6 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化功率補(bǔ)償控制Fig.6 Rotor speed related power compensation control

整定時(shí)間結(jié)束后，有功功率輸出恢復(fù)到初始狀態(tài)（接近于0），轉(zhuǎn)子因動(dòng)能釋放保持在低轉(zhuǎn)速而非同步運(yùn)行，E??和U?s之間的夾角θ也不斷增大，而θ在控制繞組作用下保持不變。

2.2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的恢復(fù)控制

調(diào)相機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，收到外部指令進(jìn)行補(bǔ)償控制，補(bǔ)償功率為10 kW，補(bǔ)償時(shí)間為3 s（第5～8 s）。此時(shí)，調(diào)相機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與上一個(gè)仿真案例等同，隨后接受外部指令進(jìn)行轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)歸，即補(bǔ)償功率為?10 kW（從電網(wǎng)吸收功率），補(bǔ)償時(shí)間仍然為3 s（第15～18 s）。相應(yīng)的外部指令如圖7（a）所示。

圖7 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)歸仿真結(jié)果Fig.7 Simulation results of rotor speed resetting

可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子釋放的能量與之后補(bǔ)充的能量是相等的，最終轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速應(yīng)恢復(fù)原有的同步轉(zhuǎn)速。相應(yīng)的有功功率/無(wú)功功率、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、θ、δ及U的動(dòng)態(tài)變化如圖7所示。圖7（e）中的兩條曲線分別是δ的絕對(duì)值及其與2kπ共模后的余值。

可見(jiàn)，θ和δ的絕對(duì)值逐步增大，且θ、δ及U在轉(zhuǎn)子能量補(bǔ)充結(jié)束后為定值，但是一般情況下與初始值是不同的。即此時(shí)轉(zhuǎn)子雖然與電網(wǎng)同步運(yùn)行，但是其姿態(tài)與初始姿態(tài)不一樣，定值靠定子控制繞組的控制維持運(yùn)行。

2.3 轉(zhuǎn)子運(yùn)行姿態(tài)的復(fù)歸控制

若擾動(dòng)結(jié)束后且保持平穩(wěn)運(yùn)行一段時(shí)間后，應(yīng)啟用轉(zhuǎn)子姿態(tài)復(fù)歸控制，使δ恢復(fù)到δ0。姿態(tài)復(fù)歸控制，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)小的功率驅(qū)動(dòng)，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化不大的情況下，逐步改變其運(yùn)行姿態(tài)，最后δ恢復(fù)到δ0，且定子控制繞組的控制置零。

加入復(fù)歸控制后，θ、δ及U的變化趨勢(shì)如圖8所示。

圖8 角度復(fù)歸控制仿真結(jié)果Fig.8 Simulation results of angle resetting control

將圖7（d）和圖8（a）中復(fù)歸前后θ的變化曲線對(duì)比可知，θ經(jīng)過(guò)復(fù)歸控制后可以恢復(fù)到初始姿態(tài)，同理可通過(guò)圖7（e）和圖8（b）、圖7（f）和圖8（c）的對(duì)比看出，2個(gè)定子繞組仍然可與并網(wǎng)點(diǎn)的系統(tǒng)頻率同步，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E?f和系統(tǒng)電壓U?s的轉(zhuǎn)速重新恢復(fù)一致，且電壓在復(fù)歸后也保持在穩(wěn)定值。

由仿真結(jié)果可知，定子控制繞組的控制，可迫使轉(zhuǎn)子改變轉(zhuǎn)速并釋放/吸收能量，從而對(duì)電網(wǎng)提供額外的有功支撐，在電網(wǎng)擾動(dòng)結(jié)束一段時(shí)間后可自行復(fù)歸，從而提高了電力系統(tǒng)的等效慣性。

3 結(jié)語(yǔ)

采用定子控制繞組的轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能調(diào)相機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容量較大，且兼容現(xiàn)有的普通調(diào)相機(jī)運(yùn)行機(jī)理?？梢赃m應(yīng)較廣的補(bǔ)償環(huán)境、拓寬了調(diào)相機(jī)的調(diào)節(jié)補(bǔ)償范圍。

本文主要研究了該調(diào)相的儲(chǔ)能控制機(jī)理與方法，但是調(diào)相機(jī)一般還要用于無(wú)功功率的控制。在后續(xù)的研究中，仍需要進(jìn)一步關(guān)注無(wú)功調(diào)節(jié)與動(dòng)態(tài)電壓支持的方法，以及有功和無(wú)功的多目標(biāo)優(yōu)化控制。