【摘 要】
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自励异步发电机（SEIG）以其结构简单、坚固耐用、适用于恶劣工况等优点,在航天、风电和小型水电等独立供电系统中有着广泛的应用前景。然而,异步发电机机端电压会随着负载变化而发生变化,需要外接无功补偿装置实现电压调节。静止同步补偿器（STATCOM）具有优越的动态响应性能和平滑的调压能力,已有不少研究将其应用于自励异步发电机系统中实现稳压控制。现有文献在SEIG-STATCOM独立发电系统中大都采用电
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自励异步发电机（SEIG）以其结构简单、坚固耐用、适用于恶劣工况等优点,在航天、风电和小型水电等独立供电系统中有着广泛的应用前景。然而,异步发电机机端电压会随着负载变化而发生变化,需要外接无功补偿装置实现电压调节。静止同步补偿器（STATCOM）具有优越的动态响应性能和平滑的调压能力,已有不少研究将其应用于自励异步发电机系统中实现稳压控制。现有文献在SEIG-STATCOM独立发电系统中大都采用电压定向控制（VOC）实现电压稳定。VOC即电压定向的电流闭环控制,目前已经广泛应用于自励异步发电机独立稳压控制系统和并网控制系统。并网控制系统中,许多学者针对VOC存在的不足提出虚拟磁链定向的直接功率控制（VFDPC）:采用虚拟磁链定向取代电压定向,提升定向精准度;采用功率闭环控制代替电流环,实现快速动态响应。然而,目前还没有研究将VF-DPC应用于SEIG-STATCOM独立发电系统。本文受并网控制系统中VF-DPC思想的启发,考虑到自励异步发电机稳压系统频率不固定这一特性,对自励异步发电机稳压控制系统的VOC算法做出改进,提出基于虚拟转矩/无功转矩的自励异步发电机稳压控制方案:（1）针对传统电压定向不精准的问题,对自励异步发电机稳压控制系统进行虚拟电机等效,采用频率自适应二阶广义积分器观测虚拟磁链,克服机端电压谐波影响,提升矢量定向的精准度,改善系统控制性能,在频率不固定时仍能实现精准定向。（2）针对传统电流闭环控制响应速度慢的问题,对瞬时有功/无功功率进行优化,构造虚拟转矩/无功转矩变量,避免引入频率项的同时减少坐标变换,降低了算法的复杂度。接着,根据幅相动力学思想将虚拟转矩/无功转矩用于代替电流实现闭环控制。所提方法相比传统VOC获得了更好的暂态、稳态控制性能。然后,在虚拟转矩/无功转矩基础上结合单矢量模型预测控制,简化了PI参数设计过程,且无需旋转坐标变换。进一步,针对单矢量预测控制稳态性能差的问题,提出三矢量虚拟转矩/无功转矩预测控制,有效降低了系统的电压、电流谐波和机端电压纹波,显著提升了系统的稳态性能。最后,基于dSPACE搭建SEIG-STATCOM系统实验平台,对文中所提基于虚拟转矩/无功转矩的自励异步发电机稳压控制策略进行实验验证,通过与传统VOC策略对比,进一步验证改进方法的可行性和优越性。
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