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【摘 要】交流励磁发电机的励磁电流是低频交流，在有效调控励磁电流频率、幅值、相序和相位的情况下，可使交流励磁发电机以超同步速、同步速和次同步速工作运行，也就是可以变速的恒频发电运转，并且可以通过调节发电机供应有功功率和无功功率。
【关键词】交流励磁 发电机 励磁控制系统 系统设计
交流励磁发电机励磁与老式同步发电机相比控制更自由，运行性能更强。它的运行特性主要表现在三个方面：稳定性和适应性强、有功功率和无功功率调节独立、进行运行能力强。
一、基于动态同步轴系的双通道解耦控制原理
在单机无穷大系统中，定子遵从发电机惯例，转子遵从电动机惯例。转速低于同步转速时，标记转差率s为正[1]，如果电磁转矩与转相反，也为正，这样就得出了基于同步坐标系的交流励磁发电机的稳态电压电流方程，利用该方程，可以推得同步坐标轴系下的计算有功功率和无功功率的公式：（有功功率计算公式）（无功功率计算公式）。
然后可以在导纳矩阵中可以找到Y11、Y13、Y14、Y21、Y23、Y24等项的对应项，它们只受电机参数和转差率的影响。通过计算得出基于同步坐标轴系，有功功率和无功功率的条件都受到Urd、Urq的影响，所以实现不了有功、无功的解耦控制。运用导纳矩阵这组公式计算可以得出：Y13=Y24，Y23=-Y14。这样就可以得到基于动态同步坐标轴系的有功、无功公式，在基于动态同步轴系的交流励磁发电机的解耦数学模型基础上，能够创建动作同步轴系下的交流励磁发电机励磁控制模型。用U，rd0和U，rq0分别表示励磁电压在动态同步轴系d，轴上的检测分量和给出控制分量，U，rd和U，rq分别是励磁电压在动态同步轴系q，轴上的检测分量和给出控制分量，ΔP是当前检测到的有功输出和上一次检测到的有功输出之差，用误差调节来追踪原动机输出的有功功率变动情况，Δs表示的是接受反馈的转差率和设定的转差率的差值，ΔQ是设定的无功输出和接受反馈的无功输出的差值，KP、KQ、KS分别是反馈系数。按照反馈系数的选取规定，其取值必须满足：KP>0、KQ>0、KS>0。从而得出不需要测量转子电压电流，就能够对交流励磁发电机进行励磁控制。
二、励磁控制系统硬件设计
励磁控制系统使用的完成方式是双CPU。主控CPU作为励磁控制系统的核心，用于实现信号采集和励磁控制算法，另一个CPU根据主控CPU发出的励磁信号，通过PWM波形，控制励磁主回路的交直交变频器，提供三相励磁电压；双CPU是使用双端口存储器进行连接的，它们可以进行数据交换，协作完成对励磁控制系统的控制。
三、励磁控制系统的软件设计
励磁控制系统是使用主控CPU上的程序来进行交流励磁发电机励磁控制算法的运行的。软件设计框主要分为信号检测和励磁控制算法两部分。
（一）信号检测模块设计
要完成对发电机定子三相电压、电流瞬时值、转子位置角和转差率的测量，可以使用定子电压检测模块、定子电流检测模块、转子位置角检测模块和转差率检测模块来实现。
在交流信号检测中，使用富氏算法分析通过在发电机定子三相电压和电流一周期内等间距采样收集到的32个样本数据，得出电压和电流相量，从而完成对电流信号的检测。在软件设计中，要注意测量定子电压周期，使用倍频方法确保电压电流一周期中的等间距采集数据。
（二）励磁控制算法的设计
功率计算、有功和无功通道调节、变换坐标和参数计算等共同构成了励磁控制算法。
功率计算：
坐标变换：变换发电机定子三相电压瞬时值坐标后，d轴相对于定子A相绕组的电角度。
参数计算：电机导纳矩阵中的Y11、Y21、Y以及同步轴系和动态同步轴系间角度δ可以使用电机参数和转差率s计算得出。
（三）数字滤波设计
在实践中会发现，系统中因为转子励磁电压含有谐波，会引起定子电压电流也含有很多谐波，这样就会使反馈得到的有功、无功谐波含量变大。可以使用变长度滤波法，并且采用多次测量求取平均值的方法进行数字滤波的设计。
实验结果与分析
试验结果：交流励磁发电机并网之前和并网之后的转子励磁电流波动大并且较密集。
图1 图2
四、总结
本文设计了交流励磁发电机励磁控制系统的研究，在基于动态同步坐标轴系的交流励磁发电机上实现了双通道解耦励磁控制，更进一步地求证出了在双通道环境下的进行励磁控制这一选择的正确性。为了保证励磁控制的准确性，本系统设计必须使用数字滤波方式。希望本设计在今后的系统设计能够给大家以启发。
参考文献：
[1] 张浩.交流励磁发电机励磁控制研究[D].辽宁：辽宁工程技术大学，2010.
【关键词】交流励磁 发电机 励磁控制系统 系统设计
交流励磁发电机励磁与老式同步发电机相比控制更自由，运行性能更强。它的运行特性主要表现在三个方面：稳定性和适应性强、有功功率和无功功率调节独立、进行运行能力强。
一、基于动态同步轴系的双通道解耦控制原理
在单机无穷大系统中，定子遵从发电机惯例，转子遵从电动机惯例。转速低于同步转速时，标记转差率s为正[1]，如果电磁转矩与转相反，也为正，这样就得出了基于同步坐标系的交流励磁发电机的稳态电压电流方程，利用该方程，可以推得同步坐标轴系下的计算有功功率和无功功率的公式：（有功功率计算公式）（无功功率计算公式）。
然后可以在导纳矩阵中可以找到Y11、Y13、Y14、Y21、Y23、Y24等项的对应项，它们只受电机参数和转差率的影响。通过计算得出基于同步坐标轴系，有功功率和无功功率的条件都受到Urd、Urq的影响，所以实现不了有功、无功的解耦控制。运用导纳矩阵这组公式计算可以得出：Y13=Y24，Y23=-Y14。这样就可以得到基于动态同步坐标轴系的有功、无功公式，在基于动态同步轴系的交流励磁发电机的解耦数学模型基础上，能够创建动作同步轴系下的交流励磁发电机励磁控制模型。用U，rd0和U，rq0分别表示励磁电压在动态同步轴系d，轴上的检测分量和给出控制分量，U，rd和U，rq分别是励磁电压在动态同步轴系q，轴上的检测分量和给出控制分量，ΔP是当前检测到的有功输出和上一次检测到的有功输出之差，用误差调节来追踪原动机输出的有功功率变动情况，Δs表示的是接受反馈的转差率和设定的转差率的差值，ΔQ是设定的无功输出和接受反馈的无功输出的差值，KP、KQ、KS分别是反馈系数。按照反馈系数的选取规定，其取值必须满足：KP>0、KQ>0、KS>0。从而得出不需要测量转子电压电流，就能够对交流励磁发电机进行励磁控制。
二、励磁控制系统硬件设计
励磁控制系统使用的完成方式是双CPU。主控CPU作为励磁控制系统的核心，用于实现信号采集和励磁控制算法，另一个CPU根据主控CPU发出的励磁信号，通过PWM波形，控制励磁主回路的交直交变频器，提供三相励磁电压；双CPU是使用双端口存储器进行连接的，它们可以进行数据交换，协作完成对励磁控制系统的控制。
三、励磁控制系统的软件设计
励磁控制系统是使用主控CPU上的程序来进行交流励磁发电机励磁控制算法的运行的。软件设计框主要分为信号检测和励磁控制算法两部分。
（一）信号检测模块设计
要完成对发电机定子三相电压、电流瞬时值、转子位置角和转差率的测量，可以使用定子电压检测模块、定子电流检测模块、转子位置角检测模块和转差率检测模块来实现。
在交流信号检测中，使用富氏算法分析通过在发电机定子三相电压和电流一周期内等间距采样收集到的32个样本数据，得出电压和电流相量，从而完成对电流信号的检测。在软件设计中，要注意测量定子电压周期，使用倍频方法确保电压电流一周期中的等间距采集数据。
（二）励磁控制算法的设计
功率计算、有功和无功通道调节、变换坐标和参数计算等共同构成了励磁控制算法。
功率计算：
坐标变换：变换发电机定子三相电压瞬时值坐标后，d轴相对于定子A相绕组的电角度。
参数计算：电机导纳矩阵中的Y11、Y21、Y以及同步轴系和动态同步轴系间角度δ可以使用电机参数和转差率s计算得出。
（三）数字滤波设计
在实践中会发现，系统中因为转子励磁电压含有谐波，会引起定子电压电流也含有很多谐波，这样就会使反馈得到的有功、无功谐波含量变大。可以使用变长度滤波法，并且采用多次测量求取平均值的方法进行数字滤波的设计。
实验结果与分析
试验结果：交流励磁发电机并网之前和并网之后的转子励磁电流波动大并且较密集。
图1 图2
四、总结
本文设计了交流励磁发电机励磁控制系统的研究，在基于动态同步坐标轴系的交流励磁发电机上实现了双通道解耦励磁控制，更进一步地求证出了在双通道环境下的进行励磁控制这一选择的正确性。为了保证励磁控制的准确性，本系统设计必须使用数字滤波方式。希望本设计在今后的系统设计能够给大家以启发。
参考文献：
[1] 张浩.交流励磁发电机励磁控制研究[D].辽宁：辽宁工程技术大学，2010.