RU2189104C2

RU2189104C2 - Control gear for asynchronized synchronous generator

Info

Publication number: RU2189104C2
Application number: RU2000119429A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Филаретов; А.А. Кацурин
Original assignee: Дальневосточный государственный технический университет
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2002-09-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; off-line windmillelectric generating plants. SUBSTANCE: introduced in generator control gear for shaping desired correcting signals are six coordinate converters 8, 14-17, and 26, vector analyzer 9, five adders 10, 13, 18, 20, and 23, voltage setting element 11, three integrators 12, 19, and 24, amplifier 21, four multiplying units 22, 29, 30, and 31, master oscillator 25, rectifier 27, and storage battery 28. Incorporating provision for generating correcting signals enables compensation for variations in rotor speed, load, and generator inherent variables. EFFECT: enhanced precision of stator voltage regulation in response to fluctuations of above- mentioned variables. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электрическими машинами переменного тока, статорная обмотка которых подключена к потребителям электроэнергии, а роторная получает питание от регулируемого преобразователя частоты, в частности в ветроэнергетике для управления асинхронизированными синхронными генераторами автономных ветроэнергетических установок. The invention relates to electrical engineering and can be used to control electric AC machines, the stator winding of which is connected to electricity consumers, and the rotor winding is powered by an adjustable frequency converter, in particular in wind energy, for controlling asynchronous synchronous generators of autonomous wind power plants.

Известно устройство для управления двигателем двойного питания, выполненным на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, содержащее двигатель двойного питания, третий арифметический блок, частотный компаратор, управляемый аналоговый коммутатор, второй интегратор, второй сумматор, умножители, блок преобразований токов статора и датчик фазных токов статора (см. авт. св. СССР 1610589, БИ 44, 1991). A device is known for controlling a dual-supply motor made on the basis of an asynchronous engine with a phase rotor, comprising a dual-supply motor, a third arithmetic unit, a frequency comparator, a controlled analog switch, a second integrator, a second adder, multipliers, a stator current conversion unit, and a stator phase current sensor (see ed. St. USSR 1610589, BI 44, 1991).

Недостаток известного решения заключается в невозможности стабилизации напряжения статора асинхронизированного синхронного генератора при изменении частоты вращения его ротора, нагрузки потребителей и внутренних переменных самого генератора, т.к. в данном устройстве рассматривается работа двигателя двойного питания, а не автономного асинхронизированного синхронного генератора. A disadvantage of the known solution lies in the impossibility of stabilizing the stator voltage of an asynchronous synchronous generator when the rotational speed of its rotor, the load of consumers and internal variables of the generator itself change, because This device considers the operation of a dual-power motor, and not a stand-alone asynchronous synchronous generator.

Известно также устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором, содержащее преобразователь частоты, подключенный к роторной цепи асинхронизированного синхронного генератора, датчики тока и напряжения статорной цепи асинхронизированного синхронного генератора, датчик частоты вращения, установленный на роторе асинхронизированного синхронного генератора, последовательно соединенные датчик углового положения ротора, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора и формирователь гармонических функций частоты скольжения (см. авт. св. СССР 1399885, БИ 20, 1986). It is also known a device for controlling an asynchronous synchronous generator, comprising a frequency converter connected to the rotor circuit of the asynchronous synchronous generator, current and voltage sensors of the stator circuit of the asynchronized synchronous generator, a speed sensor mounted on the rotor of the asynchronized synchronous generator, directly connected to the rotor angular position sensor directly connected with the rotor of an asynchronized synchronous generator and spruce harmonic functions slip frequency (see. auth. binding. USSR 1399885, BI 20, 1986).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению. This device in its technical essence is the closest to the proposed invention.

Однако в этом устройстве не обеспечивается стабилизация напряжения статора асинхронизированного синхронного генератора, т. к. в данном устройстве рассматривается работа асинхронизированного синхронного генератора параллельно с мощной сетью. Поэтому устройство-прототип нельзя использовать для качественной стабилизации выходного напряжения автономной установки. В этом случае изменение частоты вращения ротора, нагрузки потребителей или внутренних переменных самого генератора приводит к изменению напряжения статора асинхронизированного синхронного генератора (выходного напряжения ветроэнергетической установки). Поэтому должны быть сформированы дополнительные сигналы управления, обеспечивающие компенсацию вредного влияния указанных выше параметров на напряжение статора асинхронизированного синхронного генератора. However, this device does not provide stabilization of the stator voltage of an asynchronous synchronous generator, because this device considers the operation of an asynchronized synchronous generator in parallel with a powerful network. Therefore, the prototype device cannot be used for high-quality stabilization of the output voltage of an autonomous installation. In this case, a change in the rotor speed, load of consumers or internal variables of the generator itself leads to a change in the stator voltage of the asynchronous synchronous generator (output voltage of the wind power installation). Therefore, additional control signals must be generated that provide compensation for the harmful effects of the above parameters on the stator voltage of the asynchronous synchronous generator.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение качественной стабилизации напряжения статора асинхронизированного синхронного генератора при изменении частоты вращения его ротора, нагрузки потребителей и внутренних переменных самого генератора. The task to which the claimed technical solution is directed is to ensure high-quality stabilization of the stator voltage of an asynchronous synchronous generator when the rotational speed of its rotor, the load of consumers and internal variables of the generator itself change.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительных сигналов управления, подаваемых на входы преобразователя частоты, компенсирующих вредное воздействие изменений частоты вращения ротора, нагрузки потребителей и внутренних переменных генератора на качество стабилизации выходного напряжения генератора. The technical result that can be obtained by implementing the proposed technical solution is expressed in the formation of additional control signals supplied to the inputs of the frequency converter, compensating for the harmful effects of changes in rotor speed, consumer load and internal variables of the generator on the quality of stabilization of the generator output voltage.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором, содержащее преобразователь частоты, подключенный к роторной цепи асинхронизированного синхронного генератора, датчики тока и напряжения статорной цепи асинхронизированного синхронного генератора, датчик частоты вращения, установленный на роторе асинхронизированного синхронного генератора, последовательно соединенные датчик углового положения ротора, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора, и формирователь гармонических функций частоты скольжения, дополнительно вводятся последовательно соединенные первый преобразователь координат, подключенный тремя входами к трем соответствующим выходам датчика напряжения статорной цепи, векторный анализатор, первый сумматор, второй вход которого подключен к выходу задатчика напряжения, первый интегратор, второй сумматор, второй преобразователь координат и третий преобразователь координат, три выхода которого подключены к трем управляющим входам преобразователя частоты, последовательно соединенные четвертый преобразователь координат, подключенный тремя входами к трем соответствующим выходам датчика тока статорной цепи, пятый преобразователь координат, третий сумматор, второй интегратор и четвертый сумматор, соединенный выходом со вторым входом второго преобразователя координат, а вторым входом - с выходом третьего сумматора, последовательно соединенные усилитель, вход которого подключен к выходу датчика частоты вращения, и первый блок умножения, подключенный выходом к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные пятый сумматор, первый вход которого подключен ко второму выходу пятого преобразователя координат, а второй вход - к выходу векторного анализатора, и третий интегратор, соединенный выходом со вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу пятого сумматора, последовательно соединенные задающий генератор и шестой преобразователь координат, два выхода которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами второго преобразователя координат, а третий и четвертый входы - с соответствующими выходами формирователя гармонических функций частоты скольжения, последовательно соединенные выпрямитель, подключенный входами к статорным обмоткам асинхронизированного синхронного генератора, и аккумуляторная батарея, питающая преобразователь частоты, а также второй, третий и четвертый блоки умножения, первые входы которых подключены к выходу усилителя, причем третий и четвертый входы пятого преобразователя координат соединены с соответствующими выходами задающего генератора, второй вход первого блока умножения соединен с выходом третьего интегратора и вторым входом третьего сумматора, второй вход второго блока умножения соединен с выходом второго интегратора и третьим входом пятого сумматора, а выход - с четвертым входом второго сумматора, второй вход третьего блока умножения соединен с выходом пятого сумматора, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора, второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом третьего сумматора, а выход - с пятым входом второго сумматора. The problem is solved in that in a device for controlling an asynchronous synchronous generator, comprising a frequency converter connected to the rotor circuit of the asynchronous synchronous generator, current and voltage sensors of the stator circuit of the asynchronized synchronous generator, a speed sensor mounted on the rotor of the asynchronized synchronous generator, a series-connected sensor rotor angular position, directly connected to the rotor of the asynchronous synchronous generator, and generator of harmonic functions of the slip frequency, in addition, a first coordinate converter is connected in series, connected by three inputs to three corresponding outputs of the stator circuit voltage sensor, a vector analyzer, a first adder, the second input of which is connected to the output of the voltage regulator, the first integrator, the second adder, a second coordinate converter and a third coordinate converter, the three outputs of which are connected to the three control inputs of the converter often s, connected in series with a fourth coordinate converter, connected by three inputs to three corresponding outputs of the stator circuit current sensor, a fifth coordinate converter, a third adder, a second integrator and a fourth adder connected by an output to the second input of the second coordinate converter, and the second input to the output of the third adder connected in series to an amplifier, the input of which is connected to the output of the speed sensor, and the first multiplication unit, connected by the output to the third input of the fourth the adder in series with the fifth adder, the first input of which is connected to the second output of the fifth coordinate converter, and the second input to the output of the vector analyzer, and the third integrator connected by the output to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the output of the fifth adder, in series a master oscillator and a sixth coordinate transformer, the two outputs of which are connected respectively to the third and fourth inputs of the second coordinate transformer, and the third and fourth inputs dy - with the corresponding outputs of the generator of harmonic functions of the slip frequency, a rectifier connected in series with the inputs to the stator windings of the asynchronous synchronous generator, and a storage battery supplying the frequency converter, as well as the second, third and fourth multiplication units, the first inputs of which are connected to the amplifier output, moreover, the third and fourth inputs of the fifth coordinate converter are connected to the corresponding outputs of the master oscillator, the second input of the first block is The output is connected to the output of the third integrator and the second input of the third adder, the second input of the second integrator is connected to the output of the second integrator and the third input of the fifth adder, and the output is connected to the fourth input of the second adder, the second input of the third multiplier is connected to the output of the fifth adder, and the output - with the fourth input of the fourth adder, the second input of the fourth multiplication unit is connected to the output of the third adder, and the output is with the fifth input of the second adder.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с известными аналогами и прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". A comparative analysis of the proposed technical solution with known analogues and prototype shows that the claimed device meets the criterion of "novelty."

Заявленная совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы изобретения, позволяет стабилизировать напряжение статора асинхронизированного синхронного генератора при изменениях частоты вращения ротора, нагрузки потребителей электроэнергии и внутренних переменных самого генератора, что в результате позволяет получить высокое качество стабилизации выходного напряжения ветроэнергетической установки. The claimed combination of features, given in the characterizing part of the claims, makes it possible to stabilize the stator voltage of an asynchronous synchronous generator with changes in the rotor speed, load of electricity consumers and internal variables of the generator itself, which as a result allows to obtain high quality stabilization of the output voltage of a wind power installation.

Блок-схема предлагаемого устройства для управления асинхронизированным синхронным генератором представлена на чертеже. A block diagram of the proposed device for controlling an asynchronous synchronous generator is shown in the drawing.

Устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором содержит преобразователь частоты 1, подключенный к роторной цепи асинхронизированного синхронного генератора 2, датчики тока 3 и напряжения 4 статорной цепи асинхронизированного синхронного генератора 2, датчик 5 частоты вращения, установленный на роторе асинхронизированного синхронного генератора 2, последовательно соединенные датчик 6 углового положения ротора, непосредственно связанный с ротором асинхронизированного синхронного генератора 2, и формирователь 7 гармонических функций частоты скольжения, последовательно соединенные первый преобразователь 8 координат, подключенный тремя входами к трем соответствующим выходам датчика 4 напряжения статорной цепи, векторный анализатор 9, первый сумматор 10, второй вход которого подключен к выходу задатчика 11 напряжения, первый интегратор 12, второй сумматор 13, второй преобразователь 14 координат и третий преобразователь 15 координат, три выхода которого подключены к трем управляющим входам преобразователя частоты 1, последовательно соединенные четвертый преобразователь 16 координат, подключенный тремя входами к трем соответствующим выходам датчика 3 тока статорной цепи, пятый преобразователь 17 координат, третий сумматор 18, второй интегратор 19 и четвертый сумматор 20, соединенный выходом со вторым входом второго преобразователя 14 координат, а вторым входом - с выходом третьего сумматора 18, последовательно соединенные усилитель 21, вход которого подключен к выходу датчика 5 частоты вращения, и первый блок 22 умножения, подключенный выходом к третьему входу четвертого сумматора 20, последовательно соединенные пятый сумматор 23, первый вход которого подключен ко второму выходу пятого преобразователя 17 координат, а второй вход - к выходу векторного анализатора 9, и третий интегратор 24, соединенный выходом со вторым входом второго сумматора 13, третий вход которого подключен к выходу пятого сумматора 23, последовательно соединенные задающий генератор 25 и шестой преобразователь 26 координат, два выхода которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами второго преобразователя 14 координат, а третий и четвертый входы - с соответствующими выходами формирователя 7 гармонических функций частоты скольжения, последовательно соединенные выпрямитель 27, подключенный входами к статорным обмоткам асинхронизированного синхронного генератора 2, и аккумуляторная батарея 28, питающая преобразователь частоты 1, а также второй 29, третий 30 и четвертый 31 блоки умножения, первые входы которых подключены к выходу усилителя 21, причем третий и четвертый входы пятого преобразователя 17 координат соединены с соответствующими выходами задающего генератора 25, второй вход первого блока 22 умножения соединен с выходом третьего интегратора 24 и вторым входом третьего сумматора 18, второй вход второго блока 29 умножения соединен с выходом второго интегратора 19 и третьим входом пятого сумматора 23, а выход - с четвертым входом второго сумматора 13, второй вход третьего блока 30 умножения соединен с выходом пятого сумматора 23, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора 20, второй вход четвертого блока 31 умножения соединен с выходом третьего сумматора 18, а выход - с пятым входом второго сумматора 13. A device for controlling an asynchronous synchronous generator comprises a frequency converter 1 connected to a rotor circuit of an asynchronized synchronous generator 2, current sensors 3 and voltage 4 of the stator circuit of an asynchronized synchronous generator 2, a rotation speed sensor 5 mounted on the rotor of an asynchronized synchronous generator 2, a sensor 6 connected in series the angular position of the rotor, directly connected to the rotor of the asynchronous synchronous generator 2, and the shaper 7 ha harmonic functions of the slip frequency, the first coordinate converter 8 connected in series, connected by three inputs to three corresponding outputs of the stator circuit voltage sensor 4, vector analyzer 9, first adder 10, the second input of which is connected to the output of voltage adjuster 11, first integrator 12, second adder 13 , the second coordinate converter 14 and the third coordinate converter 15, the three outputs of which are connected to the three control inputs of the frequency converter 1, the fourths connected in series coordinate converter 16 connected by three inputs to three corresponding outputs of the stator circuit current sensor 3, fifth coordinate converter 17, third adder 18, second integrator 19 and fourth adder 20 connected by the output to the second input of the second coordinate converter 14, and the second input to the output the third adder 18, serially connected to the amplifier 21, the input of which is connected to the output of the speed sensor 5, and the first multiplication unit 22 connected by the output to the third input of the fourth adder 20, followed by the fifth adder 23, the first input of which is connected to the second output of the fifth coordinate converter 17, and the second input to the output of the vector analyzer 9, and the third integrator 24, connected by the output to the second input of the second adder 13, the third input of which is connected to the output of the fifth adder, 23, serially connected to the master oscillator 25 and the sixth coordinate converter 26, the two outputs of which are connected respectively to the third and fourth inputs of the second coordinate converter 14, and the third and fourth inputs are connected to the corresponding outputs of the shaper 7 of harmonic functions of the slip frequency, a rectifier 27 connected in series with the inputs to the stator windings of the asynchronous synchronous generator 2, and a rechargeable battery 28 supplying the frequency converter 1, as well as the second 29, third 30 and fourth 31 multiplication units, the first inputs of which connected to the output of the amplifier 21, and the third and fourth inputs of the fifth coordinate converter 17 are connected to the corresponding outputs of the master oscillator 25, the second input of the first the multiplication lock 22 is connected to the output of the third integrator 24 and the second input of the third adder 18, the second input of the second multiplier unit 29 is connected to the output of the second integrator 19 and the third input of the fifth adder 23, and the output to the fourth input of the second adder 13, the second input of the third block 30 multiplication is connected to the output of the fifth adder 23, and the output to the fourth input of the fourth adder 20, the second input of the fourth multiplication unit 31 is connected to the output of the third adder 18, and the output to the fifth input of the second adder 13.

На чертеже введены следующие обозначения:
I_1х, I_1y - проекции тока статора на соответствующие оси координат;

проекции потокосцепления статора на соответствующие оси координат и их производные;
U_x - проекция исходного управляющего сигнала;
U_kx, U_ky - проекции скорректированных управляющих сигналов;
U_1m - амплитуда напряжения статора;
U_зх - сигнал задания напряжения.The following notation is introduced in the drawing:
I _1x , I _1y - projection of the stator current on the corresponding coordinate axes;

projection of stator flux linkage onto the corresponding coordinate axes and their derivatives;
U _x is the projection of the original control signal;
U _kx , U _ky - projection of the adjusted control signals;
U _1m is the stator voltage amplitude;
U _sx - voltage reference signal.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Статор асинхронизированного синхронного генератора 2 работает на трехфазную нагрузку. Напряжение в его роторную цепь подают от преобразователя частоты 1, который получает питание от аккумуляторной батареи 28. В процессе работы ветроэнергетической установки эта батарея подзаряжается через выпрямитель 27. The stator of the asynchronized synchronous generator 2 operates on a three-phase load. The voltage in its rotor circuit is supplied from the frequency converter 1, which receives power from the battery 28. During operation of the wind power installation, this battery is recharged through a rectifier 27.

Для стабилизации напряжения статора асинхронизированного синхронного генератора 2 осуществляют регулирование напряжения ротора указанного генератора с помощью преобразователя частоты 1. При работе ветроэнергетической установки происходит изменение (в широких пределах) частоты вращения ротора асинхронизированного синхронного генератора, нагрузки потребителей и переменных самого генератора. Это приводит к снижению качества выходного напряжения ветроэнергетической установки и даже к потере устойчивости ее работы. To stabilize the stator voltage of the asynchronous synchronous generator 2, the rotor voltage of the specified generator is regulated using the frequency converter 1. During operation of the wind power installation, the rotational speed of the rotor of the asynchronized synchronous generator, the load of consumers and the variables of the generator itself change. This leads to a decrease in the quality of the output voltage of the wind power installation and even to the loss of stability of its operation.

Работу асинхронизированного синхронного генератора 2 описывают следующими дифференциальными уравнениями в проекциях на оси прямоугольной системы координат x, y, вращающейся с частотой тока статора ω₁

Ψ_1x = I_1x•L₁+I_2x•L₁₂,
Ψ_1y = I_1y•L₁+I_2y•L₁₂,
Ψ_2x = I_1x•L₁₂+I_2x•L₂,
Ψ_2y = I_1y•L₁₂+I_2y•L₂,
где U_1x, U_1y, U_2x, U_2y - проекции напряжений статора и ротора на соответствующие оси координат; I_2x, I_2y - проекции тока ротора на соответствующие оси координат; Ψ_2x,Ψ_2y - проекции потокосцепления ротора на соответствующие оси координат; R₁, R₂ - активные сопротивления статорной и роторной обмоток соответственно; L₁, L₂ - индуктивности статорной и роторной обмоток соответственно; L₁₂ - взаимная индуктивность статора и ротора; R_н, L_н - активное сопротивление и индуктивность нагрузки соответственно; ω₂ = ω₁-p_n•ω - частота тока ротора; ω - частота вращения ротора; р_n - число пар полюсов.The operation of the asynchronized synchronous generator 2 is described by the following differential equations in the projections on the axis of a rectangular coordinate system x, y, rotating with a frequency of the stator current ω ₁

Ψ _1x = I _1x • L ₁ + I _2x • L ₁₂ ,
Ψ _1y = I _1y • L ₁ + I _2y • L ₁₂ ,
Ψ _2x = I _1x • L ₁₂ + I _2x • L ₂ ,
Ψ _2y = I _1y • L ₁₂ + I _2y • L ₂ ,
where U _1x , U _1y , U _2x , U _2y are the projections of the stator and rotor voltages on the corresponding coordinate axes; I _2x , I _2y - projection of the rotor current on the corresponding coordinate axes; Ψ _2x , Ψ _2y - projection of the flux linkage of the rotor on the corresponding coordinate axes; R ₁ , R ₂ - the active resistance of the stator and rotor windings, respectively; L ₁ , L ₂ - inductance of the stator and rotor windings, respectively; L ₁₂ - the mutual inductance of the stator and rotor; R _n , L _n - resistance and inductance of the load, respectively; ω ₂ = ω ₁ -p _n • ω is the rotor current frequency; ω is the rotor speed; p _n is the number of pairs of poles.

Работу преобразователя частоты 1 в цепи ротора описывают следующими уравнениями:

где К_тп - коэффициент передачи преобразователя частоты; Т_тп - постоянная времени преобразователя частоты.The operation of the frequency converter 1 in the rotor circuit is described by the following equations:

where K _TP is the transfer coefficient of the frequency converter; T _TP - time constant of the frequency converter.

Дифференциальные уравнения, описывающие совместную работу асинхронизированного синхронного генератора 2 и преобразователя частоты 1, имеют вид:

Скорректированные управляющие сигналы U_kx и U_ky формируют проекции напряжения статора асинхронизированного синхронного генератора U_1x, U_1y, то есть формируют выходное напряжение ветроэнергетической установки. К качеству этого напряжения, поступающего к потребителям электроэнергии, предъявляются достаточно высокие требования. Однако параметры этих уравнений (1), а следовательно, и проекции напряжения статора асинхронизированного синхронного генератора зависят от ряда существенно изменяющихся в процессе работы ветроэнергетической установки величин: частоты вращения ротора ω, активного сопротивления R_н и индуктивности L_н нагрузки, а также от переменных самого генератора, обусловленных наличием внутренних связей (проекции тока I_1x, I_1y и потокосцепления Ψ_1x, Ψ_1y статора и их производные). В результате для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое позволяло бы скомпенсировать влияние всех перечисленных выше параметров на проекции напряжения статора асинхронизированного синхронного генератора.Differential equations describing the joint operation of an asynchronized synchronous generator 2 and a frequency converter 1 have the form:

The adjusted control signals U _kx and U _ky form the projection of the stator voltage of the asynchronous synchronous generator U _1x , U _1y , that is, they form the output voltage of the wind power installation. To the quality of this voltage supplied to consumers of electricity, high demands are made. However, the parameters of these equations (1), and therefore the projection of the stator voltage of an asynchronous synchronous generator, depend on a number of variables that vary significantly during the operation of the wind power installation: rotor speed ω, active resistance R _n and inductance L _{n of the} load, as well as on the variables itself generator due to the presence of internal connections (current projection I _1x , I _1y and flux link Ψ _1x ,, _1y stator and their derivatives). As a result, in order to accomplish the task set above, it is necessary to form such a corrective device that would make it possible to compensate for the influence of all the above parameters on the projection of the stator voltage of an asynchronized synchronous generator.

Измеренные датчиком 4 значения трехфазных напряжений статора сначала преобразуются первым преобразователем 8 координат в двухфазные, а затем векторный анализатор 9 вычисляет амплитуду напряжения статора U_lm.The values of the three-phase stator voltages measured by the sensor 4 are first converted by the first coordinate transformer 8 into two-phase, and then the vector analyzer 9 calculates the amplitude of the stator voltage U _lm .

Первый сумматор 10 вычисляет разность между сигналом задания напряжения U_зх, вырабатываемым задатчиком 11 напряжения, и сигналом U_1m. Эта разность поступает на вход первого интегратора 12, работа которого описывается следующим уравнением:
U_x = K_peз•∫(U_зx-U_1m)•dt
где К_peг - коэффициент передачи регулятора, обеспечивающего скомпенсированной системе требуемые показатели качества.The first adder 10 calculates the difference between the voltage reference signal U _sx generated by the voltage setter 11 and the signal U _1m . This difference is fed to the input of the first integrator 12, the operation of which is described by the following equation:
U _x = K _rez • ∫ (U _зx -U _1m ) • dt
where K _peg is the gear ratio of the regulator, providing the compensated system with the required quality indicators.

Задающий генератор 25 вырабатывает эталонные сигналы sin(ω₁•t) и cos(ω₁•t), поступающие на входы пятого 17 и шестого 26 преобразователей координат. Шестой преобразователь 26 координат на основе информации, получаемой от задающего генератора 25 и формирователя 7 гармонических функций частоты скольжения, вырабатывающего сигналы sin(φ_эл) и cos(φ_эл) , формирует сигналы sin(ω₁•t-φ_эл) и cos(ω₁•t-φ_эл), где φ_эл - электрический угол поворота ротора относительно статора.The master oscillator 25 generates reference signals sin (ω ₁ • t) and cos (ω ₁ • t) received at the inputs of the fifth 17 and sixth 26 coordinate converters. The sixth coordinate converter 26, on the basis of information received from the master oscillator 25 and the generator 7 of harmonic functions of the slip frequency, generating signals sin (φ _el ) and cos (φ _el ), generates signals sin (ω ₁ • t-φ _el ) and cos ( ω ₁ • t-φ _el ), where φ _el is the electric angle of rotation of the rotor relative to the stator.

Измеренные датчиком 3 значения трехфазных токов статора сначала преобразуются четвертым преобразователем 16 координат в двухфазные, а затем пятым преобразователем 17 координат с помощью информации, получаемой от задающего генератора 25, - в их проекции на оси координат x, y. The values of the three-phase stator currents measured by the sensor 3 are first converted by the fourth coordinate transformer 16 into two-phase, and then by the fifth coordinate transformer 17 using the information received from the master oscillator 25, in their projection on the x, y coordinate axis.

Первый отрицательный вход третьего сумматора 18 (со стороны пятого преобразователя 17 координат) имеет коэффициент усиления R₁, а второй отрицательный (со стороны третьего интегратора 24) - ω₁. В результате на его выходе формируется сигнал

который затем интегрируется вторым интегратором 19.The first negative input of the third adder 18 (from the side of the fifth coordinate converter 17) has a gain of R ₁ , and the second negative (from the third integrator 24) has ω ₁ . As a result, a signal is generated at its output.

which is then integrated by the second integrator 19.

Первый отрицательный вход пятого сумматора 23 (со стороны пятого преобразователя 17 координат) имеет коэффициент усиления R₁, второй отрицательный (со стороны векторного анализатора 9) - 1, а третий положительный (со стороны второго интегратора 19) - ω₁. В результате на его выходе формируется сигнал

который затем интегрируется третьим интегратором 24.The first negative input of the fifth adder 23 (from the fifth coordinate converter 17) has a gain of R ₁ , the second negative (from the vector analyzer 9) is 1, and the third positive (from the second integrator 19) is ω ₁ . As a result, a signal is generated at its output.

which is then integrated by the third integrator 24.

Усилитель 21 имеет коэффициент усиления р_n, равный числу пар полюсов.The amplifier 21 has a gain p _n equal to the number of pole pairs.

Первый положительный вход второго сумматора 13 (со стороны первого интегратора 12) имеет коэффициент усиления, равный

второй положительный (со стороны третьего интегратора 24) -

третий положительный (со стороны пятого сумматора 23) -

четвертый положительный (со стороны второго блока 29 умножения) -

а пятый положительный (со стороны четвертого блока 31 умножения) -

. В результате на его выходе формируется сигнал:

Первый положительный вход четвертого сумматора 20 (со стороны второго интегратора 19) имеет коэффициент усиления

второй положительный (со стороны третьего сумматора 18) -

третий отрицательный (со стороны первого блока 22 умножения) -

а четвертый отрицательный (со стороны третьего блока 30 умножения) -

Управляющие сигналы U_kx и U_ky поступают на входы второго преобразователя 14 координат, который, используя информацию, получаемую от шестого преобразователя 26 координат, преобразует проекции скорректированных управляющих сигналов U_kx, U_ky из системы координат x, y в роторную систему координат d, q. А затем третий преобразователь 15 координат преобразует указанные сигналы из двухфазных координат в трехфазные, подавая соответствующие сигналы на управляющие входы преобразователя частоты 1.The first positive input of the second adder 13 (from the side of the first integrator 12) has a gain equal to

the second positive (from the third integrator 24) -

the third positive (from the side of the fifth adder 23) -

the fourth positive (from the side of the second block 29 of the multiplication) -

and the fifth positive (from the side of the fourth block 31 of the multiplication) -

. As a result, a signal is generated at its output:

The first positive input of the fourth adder 20 (from the side of the second integrator 19) has a gain

the second positive (from the side of the third adder 18) -

the third negative (from the side of the first block 22 of the multiplication) -

and the fourth negative (from the side of the third block 30 of the multiplication) -

. As a result, a signal is generated at its output:

The control signals U _kx and U _ky are fed to the inputs of the second coordinate transformer 14, which, using the information received from the sixth coordinate transformer 26, converts the projections of the adjusted control signals U _kx , U _ky from the x, y coordinate system to the rotary coordinate system d, q . And then the third coordinate converter 15 converts the indicated signals from two-phase coordinates into three-phase, applying the corresponding signals to the control inputs of the frequency converter 1.

Управляющие сигналы U_kx (2) и U_ky (3) обеспечивают компенсацию влияния изменяющихся частоты вращения ротора, параметров нагрузки и внутренних переменных асинхронизированного синхронного генератора на напряжение его статорной цепи и превращают уравнения (1) с существенно переменными параметрами в уравнения вида:

Как видно из уравнений (4), введенная коррекция обеспечивает компенсацию не всех изменяющихся переменных. Однако, как показали результаты проведенных исследований, влияние оставшихся нескомпенсированных переменных на качество стабилизации напряжения статора асинхронизированного генератора незначительно и им можно пренебречь.The control signals U _kx (2) and U _ky (3) compensate for the influence of the changing rotor speed, load parameters and internal variables of the asynchronous synchronous generator on the voltage of its stator circuit and turn equations (1) with substantially variable parameters into equations of the form:

As can be seen from equations (4), the introduced correction provides compensation for not all changing variables. However, as the results of the studies showed, the influence of the remaining uncompensated variables on the quality of stabilization of the stator voltage of the asynchronized generator is insignificant and can be neglected.

Таким образом, за счет дополнительного введения первого 8, второго 14, третьего 15, четвертого 16, пятого 17 и шестого 26 преобразователей координат, векторного анализатора 9, первого 10, второго 13, третьего 18, четвертого 20 и пятого 23 сумматоров, задатчика 11 напряжения, первого 12, второго 19 и третьего 24 интеграторов, усилителя 21, первого 22, второго 29, третьего 30 и четвертого 31 блоков умножения, задающего генератора 25, выпрямителя 27 и аккумуляторной батареи 28 удалось компенсировать вредное влияние изменяющихся частоты вращения ротора асинхронизированного синхронного генератора, параметров нагрузки и переменных самого генератора на качество напряжения статора указанного генератора. Это позволяет стабилизировать выходное напряжение ветроэнергетической установки с высокой точностью. Thus, due to the additional introduction of the first 8, second 14, third 15, fourth 16, fifth 17 and sixth 26 coordinate converters, vector analyzer 9, first 10, second 13, third 18, fourth 20 and fifth 23 adders, voltage adjuster 11 , the first 12, the second 19 and the third 24 integrators, the amplifier 21, the first 22, the second 29, the third 30 and the fourth 31 blocks of multiplication, the master oscillator 25, the rectifier 27 and the battery 28 managed to compensate for the harmful effects of the changing rotor speed asynchronized synchronous generator, load parameters and variables of the generator itself on the quality of the stator voltage of the specified generator. This allows you to stabilize the output voltage of the wind power installation with high accuracy.

Claims

A device for controlling an asynchronous synchronous generator, comprising a frequency converter connected to the rotor circuit of the asynchronous synchronous generator, current and voltage sensors of the stator circuit of the asynchronized synchronous generator, a speed sensor mounted on the rotor of the asynchronized synchronous generator, connected in series with the rotor angular position sensor directly connected to rotor of an asynchronized synchronous generator and a harmonic generator functions of the slip frequency, characterized in that it additionally introduces a series-connected first coordinate converter, which converts the three-phase stator voltage to two-phase and connected by three inputs to the three corresponding outputs of the stator voltage sensor, a vector analyzer, the first adder, the second input of which is connected to the output voltage adjuster, first integrator, second adder, second coordinate transformer, which converts the projections of the adjusted control signal s from the x, y coordinate system to the rotary coordinate system d, q, and a third coordinate converter, which converts the signals at its inputs from two-phase coordinates to three-phase, three outputs of which are connected to the three control inputs of the frequency converter, connected in series to the fourth coordinate converter, which converts three-phase stator currents into two-phase and connected by three inputs to the three corresponding outputs of the stator current sensor, the fifth coordinate converter, which converts the two-phase stator currents into their xy, y axis, the third adder, the second integrator and the fourth adder connected by the output to the second input of the second coordinate converter, and the second input to the output of the third adder, an amplifier connected in series, the input of which is connected to the output of the speed sensor, and the first a multiplication unit connected by an output to the third input of the fourth adder, a fifth adder connected in series, the first input of which is connected to the second output of the fifth coordinate converter, and the second input to the eyelid output analyzer and a third integrator connected by the output to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the output of the fifth adder, the master oscillator and the sixth coordinate converter, generating signals sin (ω ₁ • φ _el ) and cos (ω ₁ • t- φ _e), the two outputs of which are connected respectively to third and fourth inputs of the second coordinate converter and the third and fourth input - with corresponding output of the slip frequency harmonic functions sequentially compound a rectifier connected to the stator windings of the asynchronous synchronous generator and a battery supplying the frequency converter, as well as the second, third and fourth multiplication units, the first inputs of which are connected to the output of the amplifier, the third and fourth inputs of the fifth coordinate converter connected to the corresponding outputs of the master oscillator , the second input of the first multiplication block is connected to the output of the third integrator and the second input of the third adder, the second input of the second block is multiplied I am connected to the output of the second integrator and the third input of the fifth adder, and the output to the fourth input of the second adder, the second input of the third multiplication unit is connected to the output of the fifth adder, and the output is to the fourth input of the fourth adder, the second input of the fourth multiplication unit is connected to the output of the third adder, and the output with the fifth input of the second adder.