无刷双馈电机解耦补偿控制策略
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摘 要：针对无刷双馈电机矢量控制策略里转速环和无功功率控制环耦合较大的问题，提出了具有解耦补偿的矢量控制策略。此控制策略基于功率绕组电压定向坐标系，可以对电机转速和无功功率实现解耦独立控制，同时避免了定子磁链的计算。通过搭建的实验平台进行了变速调频实验研究，证明了所提出的控制方法具有良好的动态性能和解耦补偿能力。
关键词：无刷双馈电机;解耦补偿控制;无功功率控制;定子电压定向
中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）25-0014-03
Abstract： A Compensation Decoupling Control scheme is proposed for the Brushless Doubly-Fed Machine （BDFM） based on the PW（Power Windings，PW） voltage oriented generalized vector model for the coupling between the speed control loop and the reactive power control loop. The control scheme can realize the decoupling control of speed and reactive power and avoid the calculation of the stator flux-linage. An experimental platform has been built， and experimental results show that the proposed controller has good performance and good decoupling performance.
Keywords： brushless doubly fed machine （BDFM）;compensation decoupling control;reactive power control;stator-voltage-oriented
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无刷双馈电机目前有多种控制算法，其中矢量控制算法是研究最广泛的控制策略，但由于其转速控制环和无功功率控制环具有较大的耦合性，因此电机的矢量控制策略效果不理想[1-4]。本文基于无刷双馈电机功率绕组电压定向模型的研究，给出了转速环和无功功率环的耦合方程，以此提出了具有耦合补偿模块的解耦补偿控制策略。在电機拖动实验平台上进行实验验证，实验结果表明了控制策略有较好动态效果，同时转速控制环和无功功率控制环有较好的解耦效果。
1 解耦补偿控制策略分析
可知，转速ωr可由控制绕组d轴电压Vd2控制，同时扰动Dd中含有控制绕组q轴电流Iq2;无功功率可由控制绕组q轴电压Vq2控制，同时扰动Dq中含有控制绕组d轴电流Id2，因此Hd、Hq可作为解耦补偿模块。解耦补偿控制策略原理图如图1所示。
2 试验验证
搭建了变频调速试验平台进行试验验证。试验样机的参数如下：功率绕组的额定功率为15kW，额定电压为380V，额定电流为30A，转动阻尼系数取为0，额定负载为318N·m。试验所用控制器件为两块DSP控制板（TMS320F28335），分别控制网侧逆变器和机侧逆变器。一台直流电机跟无刷双馈样机通过联轴器连接以提供所需负载转矩。转速跟转子位置角由增量式编码器测定。功率绕组的电压位置角由锁相环（PLL）得到。
2.1 转速变化响应
图2所示为电机负载为5N·m，转速在600r/min（同步转速）、720r/min（超同步转速）、480r/min（亚同步转速）间变化，控制绕组最大电压频率为10Hz，无功功率给定值为0时的响应曲线。可知当转速变化时，无功功率有一定脉动，但很快变为0，表明控制策略有较好的鲁棒性，较好地实现了转速控制环对无功功率控制环的解耦。
2.2 负载变化响应
图3所示为负载变化，转速给定值674 r/min，无功功率给定值为0时的实验结果。电机负载从5N·m变为102N·m，后又降为5N·m。实验结果可知电机负载变化时，转速和无功功率有一定脉动后可以很快变为参考值，表明了控制策略有较快响应速度。
2.3 无功功率变化响应
图3所示为电机转速为674r/min，负载为5N·m，无功功率在-500Var到4000Var再到-500Var间变化时的响应曲线。可知当无功功率变化时，转速基本保持不变，表明控制策略有良好的鲁棒性，基本实现了无功功率控制环对转速控制环的解耦。
3 结束语
本文在无刷双馈电机功率绕组电压定向模型的基础上提出了解耦补偿的矢量控制策略，并给出了详细的理论推导。控制策略不需要电机参数，避免了复杂的电机磁链的计算，并针对转速环和无功功率环的耦合加入了补偿模块。试验结果表明了控制策略有较好的动态性能，并且基本实现了转速环和无功功率环的解耦控制。
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