3.2　反向電流跟蹤控制策略

基于對各種典型控制策略的總結(jié)，結(jié)合轉(zhuǎn)子電流相量方向的分析，本文提出了一種基于定子電壓定向的反向電流跟蹤控制策略。本節(jié)闡述該控制策略的基本原理，并給出了關(guān)鍵參數(shù)的詳細(xì)選取過程，從理論上分析了該控制策略能夠消除轉(zhuǎn)矩脈動的原理。針對故障恢復(fù)過程的不確定性，說明了恢復(fù)時刻對暫態(tài)過程的重大影響。

3.2.1　基本原理

在檢測到電網(wǎng)電壓跌落時，以定子電流乘以一個跟蹤系數(shù)k作為轉(zhuǎn)子電流的指令值，在保留原有相量控制轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，其控制框圖見圖3-3。

傳統(tǒng)的滅磁控制需要復(fù)雜的磁鏈觀測和分離，相比之下，該策略從正常控制到故障控制只需要改變轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)的指令值，其結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)子電流指令為

從轉(zhuǎn)子電流指令可知，其控制效果的關(guān)鍵在于參數(shù)k的取值。根據(jù)轉(zhuǎn)子電流方向的分析，k一定是一個正值，而且目的是與定子電流相互抵消，因此肯定小于1。可以確定其大小在0～1范圍內(nèi)變化，實(shí)際參數(shù)的選取需要通過深入的暫態(tài)分析來確定。

3.2.2　關(guān)鍵參數(shù)選取原則

參數(shù)k的選取需要根據(jù)不同k值對故障后的暫態(tài)特性的影響。將轉(zhuǎn)子電流指令式（3-2）代入式（2-1）、式（2-2）中，得到轉(zhuǎn)子電壓的表達(dá)式為

那么，S域下的轉(zhuǎn)子端口等效阻抗為

這種方法結(jié)合了正向電流跟蹤和磁鏈跟蹤的優(yōu)點(diǎn)，是一種改進(jìn)型電流跟蹤控制策略。根據(jù)表2-1總結(jié)的轉(zhuǎn)子端口等效阻抗可知，感性部分略小于漏感值，故可得k的取值約為

式（3-4）中的負(fù)阻性部分和轉(zhuǎn)子電阻Rr抵消，從定子側(cè)看，轉(zhuǎn)子側(cè)相當(dāng)于一個純感性負(fù)載，原本的二階系統(tǒng)變成了一個一階系統(tǒng)。根據(jù)一階系統(tǒng)的響應(yīng)公式得到定子磁鏈的暫態(tài)表達(dá)式為根據(jù)磁鏈不能突變的邊界條件，得到參數(shù)的表達(dá)式為

式中：ψs1、ψsu分別表示定子磁鏈暫態(tài)分量初始值和穩(wěn)態(tài)分量。

根據(jù)對稱空間矢量的概念，故障發(fā)生時刻定子電壓矢量由正、負(fù)序分量組成，對稱跌落是負(fù)序分量為零的特殊工況。

定子磁鏈的穩(wěn)態(tài)分量為

以上的公式推導(dǎo)都是基于轉(zhuǎn)子實(shí)際電流能夠完全跟上指令值的基本假設(shè)。然而由于轉(zhuǎn)子電流指令值的突變，在實(shí)際中，轉(zhuǎn)子電流會有一段時間跟不上指令。為了簡化分析，假設(shè)轉(zhuǎn)子電流能夠立即跟上指令值，即定、轉(zhuǎn)子電流能夠突變，得到定子電流的表達(dá)式為

其中定子電流的穩(wěn)態(tài)分量為

將式（3-10）代入式（3-3）中，計(jì)算得到轉(zhuǎn)子電壓的表達(dá)式為

式中：isu+、isu-分別表示定子電流穩(wěn)態(tài)正、負(fù)序分量。

結(jié)合不同系統(tǒng)的參數(shù)和電壓、電流的極限值，即可根據(jù)式（3-13）得到k值的取值范圍為

在實(shí)際系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)指令的突變會導(dǎo)致一段時間內(nèi)變流器滿調(diào)制輸出，此時，參數(shù)取值的限制條件并不能非常精確地反映其取值的范圍，但可作為一個粗略的參考范圍。

消除轉(zhuǎn)矩脈動是LVRT的重要目標(biāo)之一，電磁轉(zhuǎn)矩在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，恒功率變換得到的表達(dá)式為

把式（3-14）轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，得到

將式（3-15）代入式（3-14）中可得

只要定、轉(zhuǎn)子電流之間存在一個常系數(shù)關(guān)系，電磁轉(zhuǎn)矩都為零，轉(zhuǎn)矩脈動必然也為零。所以從電磁轉(zhuǎn)矩的角度來說，控制策略的轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)指令如果符合式（3-15），即可避免對電機(jī)的機(jī)械應(yīng)力沖擊。而且軸上的機(jī)械能沒有流經(jīng)變流器，不會對母線電壓產(chǎn)生沖擊。