Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації
Представлено результати синтезу та експериментального дослідження алгоритму збудження та синхронізації машини подвійного живлення (МПЖ) з напругою мережі. Синтезований алгоритм забезпечує синхронізацію вектора напруги статора з вектором напруги мережі по амплітуді, частоті та фазі, завдяки чому за...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134775 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації / С.М. Пересада, В.О. Благодір // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 3. — С. 45-47. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134775 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Пересада, С.М. Благодір, В.О. 2018-06-14T08:38:45Z 2018-06-14T08:38:45Z 2016 Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації / С.М. Пересада, В.О. Благодір // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 3. — С. 45-47. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134775 681.53 Представлено результати синтезу та експериментального дослідження алгоритму збудження та синхронізації машини подвійного живлення (МПЖ) з напругою мережі. Синтезований алгоритм забезпечує синхронізацію вектора напруги статора з вектором напруги мережі по амплітуді, частоті та фазі, завдяки чому забезпечується підключення статора МПЖ до мережі живлення без виникнення перехідних процесів, що є необхідною умовою для застосувань МПЖ як в електроприводах, так і в системах генерування електроенергії. Експериментально підтверджено ефективність розробленого алгоритму синхронізації при його використанні в електромеханічних системах з МПЖ. Представлены результаты синтеза и экспериментального исследования алгоритма возбуждения и синхронизации машины двойного питания (МДП) с напряжением сети. Синтезированный алгоритм обеспечивает синхронизацию вектора напряжения статора с вектором напряжения сети по амплитуде, частоте и фазе, благодаря чему обеспечивается подключение статора МДП к сети без возникновения переходных процессов, что является необходимым условием как для применений МДП в электроприводах, так и в системах генерирования электроэнергии. Экспериментально подтверждена эффективность разработанного алгоритма синхронизации при его использовании в электромеханических системах с МДП. Excitation and synchronization algorithm for smooth connection of doubly-fed induction machine (DFIM) to the grid is presented. Designed algorithm ensures coincidence of voltage induced in the stator with the grid voltage in amplitude, frequency, and phase. It is important for the DFIM applications in both drives and power generation systems. The efficiency of designed excitation and synchronization algorithm in electromechanical system with the DFIM is experimentally confirmed. uk Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Електромеханічне перетворення енергії Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації Управление машиной двойного питания в режимах возбуждения и синхронизации Сontrol of doubly-fed induction machine in excitation and synchronization modes Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації |
| spellingShingle |
Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації Пересада, С.М. Благодір, В.О. Електромеханічне перетворення енергії |
| title_short |
Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації |
| title_full |
Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації |
| title_fullStr |
Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації |
| title_full_unstemmed |
Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації |
| title_sort |
керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації |
| author |
Пересада, С.М. Благодір, В.О. |
| author_facet |
Пересада, С.М. Благодір, В.О. |
| topic |
Електромеханічне перетворення енергії |
| topic_facet |
Електромеханічне перетворення енергії |
| publishDate |
2016 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Технічна електродинаміка |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Управление машиной двойного питания в режимах возбуждения и синхронизации Сontrol of doubly-fed induction machine in excitation and synchronization modes |
| description |
Представлено результати синтезу та експериментального дослідження алгоритму збудження та синхронізації
машини подвійного живлення (МПЖ) з напругою мережі. Синтезований алгоритм забезпечує синхронізацію
вектора напруги статора з вектором напруги мережі по амплітуді, частоті та фазі, завдяки чому забезпечується
підключення статора МПЖ до мережі живлення без виникнення перехідних процесів, що є необхідною
умовою для застосувань МПЖ як в електроприводах, так і в системах генерування електроенергії. Експериментально
підтверджено ефективність розробленого алгоритму синхронізації при його використанні в
електромеханічних системах з МПЖ.
Представлены результаты синтеза и экспериментального исследования алгоритма возбуждения и синхронизации
машины двойного питания (МДП) с напряжением сети. Синтезированный алгоритм обеспечивает
синхронизацию вектора напряжения статора с вектором напряжения сети по амплитуде, частоте и фазе,
благодаря чему обеспечивается подключение статора МДП к сети без возникновения переходных процессов,
что является необходимым условием как для применений МДП в электроприводах, так и в системах генерирования
электроэнергии. Экспериментально подтверждена эффективность разработанного алгоритма синхронизации
при его использовании в электромеханических системах с МДП.
Excitation and synchronization algorithm for smooth connection of doubly-fed induction machine (DFIM) to the grid is
presented. Designed algorithm ensures coincidence of voltage induced in the stator with the grid voltage in amplitude,
frequency, and phase. It is important for the DFIM applications in both drives and power generation systems. The
efficiency of designed excitation and synchronization algorithm in electromechanical system with the DFIM is
experimentally confirmed.
|
| issn |
1607-7970 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134775 |
| citation_txt |
Керування машиною подвійного живлення в режимах збудження та синхронізації / С.М. Пересада, В.О. Благодір // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 3. — С. 45-47. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT peresadasm keruvannâmašinoûpodvíinogoživlennâvrežimahzbudžennâtasinhronízacíí AT blagodírvo keruvannâmašinoûpodvíinogoživlennâvrežimahzbudžennâtasinhronízacíí AT peresadasm upravleniemašinoidvoinogopitaniâvrežimahvozbuždeniâisinhronizacii AT blagodírvo upravleniemašinoidvoinogopitaniâvrežimahvozbuždeniâisinhronizacii AT peresadasm sontrolofdoublyfedinductionmachineinexcitationandsynchronizationmodes AT blagodírvo sontrolofdoublyfedinductionmachineinexcitationandsynchronizationmodes |
| first_indexed |
2025-11-25T07:01:39Z |
| last_indexed |
2025-11-25T07:01:39Z |
| _version_ |
1850506501194514432 |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 3 45
ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНЕ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ
УДК 681.53
КЕРУВАННЯ МАШИНОЮ ПОДВІЙНОГО ЖИВЛЕННЯ
В РЕЖИМАХ ЗБУДЖЕННЯ ТА СИНХРОНІЗАЦІЇ
С.М. Пересада*, докт.техн.наук, В.О. Благодір
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»,
пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна. E-mail: sergei.peresada@gmail.com
Представлено результати синтезу та експериментального дослідження алгоритму збудження та синхроні-
зації машини подвійного живлення (МПЖ) з напругою мережі. Синтезований алгоритм забезпечує синхроніза-
цію вектора напруги статора з вектором напруги мережі по амплітуді, частоті та фазі, завдяки чому забез-
печується підключення статора МПЖ до мережі живлення без виникнення перехідних процесів, що є необхід-
ною умовою для застосувань МПЖ як в електроприводах, так і в системах генерування електроенергії. Експе-
риментально підтверджено ефективність розробленого алгоритму синхронізації при його використанні в
електромеханічних системах з МПЖ. Бібл. 4, рис. 1.
Ключові слова: машина подвійного живлення, векторне керування, збудження генератора, синхронізація.
Вступ. Машина подвійного живлення широко застосовується у системах, де цілі керування досягають-
ся при обмеженому діапазоні зміни кутової швидкості ± (20−30) % відносно синхронної. Використання МПЖ
дозволяє знизити номінальну потужність перетворювача напруги в роторі до потужності максимального ков-
зання, яке визначається діапазоном зміни кутової швидкості, а отже, знизити вартість і підвищити коефіцієнт
корисної дії всієї системи. Векторно-керовані МПЖ завдяки можливості стабілізувати параметри вихідної на-
пруги генератора на заданому рівні при змінній швидкості приводного вала широко використовуються у сис-
темах генерування електроенергії, що працюють паралельно з мережею або живлять ізольоване навантаження
[1]. У переважній більшості представлених у літературі робіт процес регулювання координат розглядається з
моменту підключених статорних обмоток МПЖ до мережі, і тільки незначна кількість публікацій присвячена
питанню м’якого підключення МПЖ до мережі [2]−[4]. Можна виділити основні методи синхронізації: розімк-
нені [1], замкнені зі зворотним зв’язком за струмом ротора [2], [3] та фазового автопідлаштування частоти [4].
Перелічені методи мають свої недоліки, зокрема, у випадку замкнених методів використання зворотних зв’язків
зменшується завадостійкість системи. Розімкнені системи мають вищу завадостійкість, однак чутливі до пара-
метричних збурень електричної машини.
Метою даної роботи є синтез та дослідження робастного алгоритму збудження та синхронізації, що
гарантує підключення статора МПЖ до мережі без виникнення перехідних процесів та має властивості робаст-
ності до параметричних і координатних збурень.
Матеріали дослідження. Для синтезу алгоритму синхронізації розглянемо модель МПЖ з розімкне-
ним статором, представлену в синхронній системі координат (d-q), що орієнтована за вектором напруги мережі
( ) ( )
( ) ( )
2 2 2 2 2 2 1 2 2 2
2 2 2 2 2 2 1 2 2 2
, ,
, ,
d m d q d d d q d
q m q d q q q d q
E L i i u L i i i u L
E L i i u L i i i u L
= α + ω − = −α + ω − ω +
= α − ω − = −α − ω − ω +
&
&
(1)
де 2 2,d qi i , 2 2,d qu u – компоненти векторів струму та напруги ротора; ,d qE E – компоненти вектора ЕРС статора;
ω – кутова швидкість ротора МПЖ; 1ω – кутова швидкість системи координат (d-q) відносно стаціонарної; 2R ,
2L – активний опір і індуктивність ротора, mL – індуктивність намагнічуючого контуру; 2 2/R Lα = . У моделі
МПЖ прийнята одна пара полюсів, що не впливає на загальність отриманих результатів.
Задачу збудження та синхронізації сформулюємо наступним чином. Розглянемо модель МПЖ, що за-
дана (1), прийнявши, що параметри МПЖ відомі і незмінні, напруга статора, струми ротора, кутова швидкість
та кутове положення ротора доступні для вимірювання. За цих умов необхідно синтезувати алгоритм, який за-
безпечує синхронізацію вектора ЕРС статора МПЖ з напругою мережі по амплітуді, частоті та фазі, тобто га-
рантувати підключення статора МПЖ до мережі без перехідних процесів. Для синтезу алгоритму пропонується
використовувати систему координат (d-q), що орієнтована за вектором напруги статора. Така система коорди-
нат не залежить від параметрів машини, а кутове положення вектора напруги статора та його кутова швидкість
1ω можуть бути виміряні з наперед заданою точністю без вимірювання статорних струмів. У системі координат
(d-q), що орієнтована за вектором напруги мережі, умова синхронізації запишеться
© Пересада С.М., Благодір В.О., 2016
ORCID ID: *http:// orcid.org/0000-0001-8948-722X
46 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 3
lim , lim 0,d qt t
E U E
→∞ →∞
= − = (2)
де constU = – модуль вектора напруги мережі.
Розімкнений алгоритм синхронізації, що забезпечує досягнення цілей керування (2), представлено у [3].
Для синтезу алгоритму керування процесом синхронізації, що має властивості робастності до параметричних і
координатних збурень, розроблено наступний метод.
Для організації зворотного зв’язку за модулем ЕРС введено в розгляд фільтровані значення складових
вектора ЕРС ,d qx x , що задані наступним двовимірним фільтром
1 1, ,d d q d q q d qx kx x E x kx x E= − + ω + = − − ω +& & (3)
де 1
0k − = τ – стала часу фільтра.
Задані значення для вихідних змінних фільтра (3), що отримані на основі розгляду усталеного режиму
системи (3) при виконанні умов (2), запишуться у вигляді
* * 1
2 2 2 2
1 1
, .d q
UkUx x
k k
ω
= − =
+ ω + ω
(4)
Сконструюємо наступний алгоритм керування струмами ротора та модулем ЕРС
( )( ) ( )( )* * * *
2 2 2 1 2 2 2 2 1 2, ,d d q d q q d qu L i i v u L i i v= α − ω − ω + = α + ω − ω + (5)
де ,d qv v – додаткові керуючі впливи, що будуть визначені далі.
Об’єднавши (1), (3) та (4), отримаємо наступні рівняння ЕРС і динаміки похибок регулювання:
( ) ( )
( ) ( )
* *
2 2 1 2 2 2 1 2
1 2 2 1 2 2
2 2 1 2 2 2 1 2
, ,
, ,
, ,
d m d q q d q m q d d q
d d q m d q d q q d m q d q
d d q d q q d q
E L i i i v E L i i i v
x kx x L i i v x kx x L i i v
i i i v i i i v
⎡ ⎤ ⎡ ⎤= α + ω + ω − = α − ω − ω −⎣ ⎦ ⎣ ⎦
= − + ω + α + ω − = − − ω + α − ω −
= −α + ω − ω + = −α − ω − ω +
% % % %
& &% % % %% % % % % %
& &% % % % % %
(6)
де *
2 2 2d d di i i= −% , *
2 2 2q q qi i i= −% – похибки регулювання струмів ротора; *
2 2 2d d dx x x= −% , *
2 2 2q q qx x x= −% – похибки
регулювання фільтрованого модуля вектора ЕРС.
З (2), (4) та (6) задані значення компонент струму ротора запишуться у вигляді
* *
2 2 10, ( ).d q mi i U L= = − ω (7)
Підставивши (7) в (6), отримаємо
( ) ( )
( ) ( )
2 2 2 2
1 2 2 1 2 2
2 2 1 2 2 2 1 2
/ , ,
, ,
, .
d m d q m d q m q d q
d d q m d q d q q d m q d q
d d q d q q d q
E L i i U L v E L i i v
x kx x L i i v x kx x L i i v
i i i v i i i v
⎡ ⎤ ⎡ ⎤= α + ω − − = α − ω −⎣ ⎦ ⎣ ⎦
= − + ω + α + ω − = − − ω + α − ω −
= −α + ω − ω + = −α − ω − ω +
% % % %
& &% % % %% % % % % %
& &% % % % % %
(8)
Положення рівноваги 2 2( , , , ) 0T
d q d qx x i i =% %% % системи (8) є глобально експоненційно стійким при
( , ) 0T
d qv v = , тобто цілі керування (2) досягаються при використанні розімкненого керування (3)-(5), (7).
Структура рівнянь (8) така, що дозволяє доповнити (5) компонентами ,d qv v у вигляді
2
2
( ) / , ,
( y ) / , ,
d i d u d q d m d ui d q
q i q u q d q m q ui q d
v k i k x x y L y k x kx
v k i k x x L y k x kx
= + + λ − = − − λ
= + − λ − = − + λ
% % % & % %
% % % & % %
(9)
де 0ik > – коефіцієнти пропорційної складової П-регулятора струму; ( )0, 0u uik k> > – коефіцієнти ПІ-регу-
лятора ЕРС; 1/ 0uikλ = ω > – коефіцієнт перехресного зворотного зв’язку. Завдяки дії регулятора (9) форму-
ються замкнені контури регулювання струмів ротора та ЕРС статора, що і гарантує системі робастність. З вико-
ристанням другого методу Ляпунова доводиться асимптотична стійкість положення рівноваги системи (8), (9)
2 2( , , , , y , y ) 0T
d q d q d qx x i i =% %% % , яка підтверджує досягнення умов синхронізації (2).
Синтезований алгоритм збудження та синхронізації МПЖ реалізовано програмно з використанням роз-
робленого контролера на основі цифрового сигнального процесора TMS320LF2406A. При тестуванні вико-
ристовувався асинхронний двигун з наступними параметрами: потужність Р = 1,0 кВт, число пар полюсів
p = 3, момент інерції J = 0,1 кг·м2, L1=0,153 Гн, L2=0,151 Гн, Lm = 0,14 Гн, R1 = 2,68 Ом, R2 = 3,65 Ом.
В умовах експериментального тесту швидкість валу МПЖ за допомогою приводного двигуна постій-ного
струму змінювалася з 150 рад/с до 135 рад/с, при цьому завдання модуля ЕРС статора U за 0,5 с лінійно зростало
від 0 до 230 В. Похибка синхронізації напруги визначалася як різниця модуля вектора напруги мережі (знижена
через трансформатор до амплітудного значення фазної напруги 230 В) та модуля вектора ЕРС статора.
Графіки перехідних процесів при збудженні та синхронізації МПЖ представлено на рисунку. Результа-
ти експериментального дослідження підтверджують ефективність розробленого алгоритму.
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 3 47
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t, c
130
140
150
160
Кутова швидкість, рад/с
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t, c
0
50
100
150
200
250
Заданий модуль ЕРС статора, В
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t, c
-8
-4
0
4
Задані струми ротора, А
i2d*
i2q*
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t, c
-50
0
50
100
150
200
250
Похибка синхронізації напруги, В
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t, c
-250
-125
0
125
250
Напруга фази мережі та фази статора, В
Висновки. Синтезовано алгоритм збудження і синхронізації, який забезпечує формування на статорі
МПЖ напруги, синхронізованої за амплітудою, частотою та фазою з напругою мережі живлення, що є необхід-
ною умовою для забезпечення підключення статорних обмоток МПЖ до мережі живлення без виникнення пе-
рехідних процесів. Експериментально підтверджено, що розроблений алгоритм забезпечує досягнення умов
синхронізації, а отже, його застосування дозволяє виконати безпечне підключення статора МПЖ до мережі, в
тому числі в умовах дії обмежених параметричних і координатних збурень.
УДК 681.53
УПРАВЛЕНИЕ МАШИНОЙ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ В РЕЖИМАХ ВОЗБУЖДЕНИЯ И СИНХРОНИЗАЦИИ
С.М. Пересада, докт.техн.наук, В.О. Благодир
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»,
пр. Победы, 37, Киев, 03056, Украина. E-mail: sergei.peresada@gmail.com
Представлены результаты синтеза и экспериментального исследования алгоритма возбуждения и синхро-
низации машины двойного питания (МДП) с напряжением сети. Синтезированный алгоритм обеспечивает
синхронизацию вектора напряжения статора с вектором напряжения сети по амплитуде, частоте и фазе,
благодаря чему обеспечивается подключение статора МДП к сети без возникновения переходных процессов,
что является необходимым условием как для применений МДП в электроприводах, так и в системах генери-
рования электроэнергии. Экспериментально подтверждена эффективность разработанного алгоритма син-
хронизации при его использовании в электромеханических системах с МДП. Библ. 4, рис. 1.
Ключевые слова: машина двойного питания, векторное управление, возбуждение генератора, синхронизация.
CONTROL OF DOUBLY-FED INDUCTION MACHINE IN EXCITATION AND SYNCHRONIZATION MODES
S.M. Peresada, V.O. Blagodir
National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”,
pr. Peremohy, 37, Kyiv, 03056, Ukraine. E-mail: sergei.peresada@gmail.com
Excitation and synchronization algorithm for smooth connection of doubly-fed induction machine (DFIM) to the grid is
presented. Designed algorithm ensures coincidence of voltage induced in the stator with the grid voltage in amplitude,
frequency, and phase. It is important for the DFIM applications in both drives and power generation systems. The
efficiency of designed excitation and synchronization algorithm in electromechanical system with the DFIM is
experimentally confirmed. References 4, figure 1.
Key words: doubly-fed induction machine, vector control, generator excitation, synchronization.
1. Cardenas R., Pena R., Alepuz S., Asher G. Overview of Control Systems for the Operation of DFIGs in Wind Energy
Applications // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2013. – Vol. 60. – No 7. – Pp. 2776–2798.
2. Iwanski G., Koczara W. PLL Grid Synchronization of the Standalone DFIG based Wind Turbine or Rotary UPS // The
International Conference on Computer as a Tool EUROCON 2007. – 2007. – Pp. 2550–2555.
3. Peresada S., Tilli A., Tonielli A. Indirect Stator Flux-Oriented Output Feedback Control of the Doubly-Fed Induction
Machine // IEEE Transactions on Control Systems Technology. – 2003. – Vol. 11. – No 6. – Pp. 875–888.
4. Tapia G., Santamaria G., Telleria M., Susperregui A. Methodology for Smooth Connection of Doubly Fed Induction
Generators to the Grid // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2009. – Vol. 24. – No 4. – Pp. 959–971.
Надійшла 02.02.2016
Остаточний варіант 23.03.2016
|