有关电力变压器和同步电机的运行控制讨论论文_盛兆乐,杨洲,程晨

前言：电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。其中，永磁同步电机的体积小、噪声低、效率高、功率密度较大，在电力电子技术与现代控制理论迅速发展的大环境下得到了迅速发展。另外，变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。从根本上来讲，变压器和交流电机的基本原理都是电磁感应定律，所以都满足磁势平衡。

一、概述

以同步电机为例，具体来说，由于其正常运行时是以同步速运转的，也就是说，它的转速是固定的（不考虑变极调速或变频调速），而对于变压器，变比是固定的（不考虑自耦变压器），也就是说，二者主要运行参数是固定不变的。另外一点，同步电机不仅可以实现电能—机械能的转换，而且可以用同步电机进行无功调节（调相机），这样可以起到一个“传递”电功率而非将电功率“转化”为机械功率，在这点上和变压器是一致的。

变压器是发电厂、变电所的重要组成部分，是电能传输的关键环节。运行中一旦事故，将导致其输电中断甚至引发系统故障，造成巨大的直接和间接经济损失。因此，变压器在运行中，除进行不间断的运行参数监视和运行声音、油位、渗漏、冷却系统检查外，还要定期（停运）完成常规试验项目，及时发现变压器潜在隐患，避免重大事故发生。变压器常规试验项目主要有：①变压器绝缘电阻和吸收比试验。②变压器绕组连同套管的泄漏电流试验。③变压器绕组直流电阻的测量。④变压器的变压比试验。⑤变压器绕组连同套管的交流耐压试验。⑥绝缘油电气强度试验。

另外，在现代交流调速系统领域中，采用无速度传感器的调速方案是当今国内外研究的趋势。永磁同步电机无速度传感器的研究方法——模型参考自适应法具有控制相对简单而且精度高的优点，所以本文将其应用到永磁同步电机调速系统当中。将永磁同步电机本身作为参考模型，将含有转子转速的模型作为可调模型，采用并联型结构进行速度辨识，两个模型的输出量物理意义相同。利用可调和参考模型输出量所构成的误差，计算出合适的比例积分自适应率，并以此来调整可调模型的参数，满足 Popov 超稳定性定理，使系统逐渐稳定，最终使可调模型的状态能稳定、快速地逼近参考模型，即让误差值趋近于零，进而使转速估计值逐渐逼近实际值，实现转速的识别。

二、永磁同步电机数学模型

建立 dq 坐标系下的数学模型，可以得到定子电压、电流均为直流的永磁同步电动机的电压方程式，利于分析永磁同步电动机控制系统的瞬态性能和稳态性能。d 轴作为基波磁场方向，q 轴的位置则是在 d 轴方向上顺时针超前90°。

其中，R 为定子电阻；ud、uq 为电机的定子电压在 d、q 轴上的分量；id、iq 为定子电流在 d、q 轴上的分量；ψd、ψq 为定子磁链在 d、q 轴上的分量；Ld、Lq 分别为直轴和交轴同步电感；ωr 为转子旋转角速度；ψf 为转子永磁体磁链；Pn 为电机极对数；p 为微分算子。

三、SVM-DTC

永磁同步电机直接转矩控制的基本思想是在电机运行时，转子磁链的数值基本恒定，保持定子磁链幅值稳定在额定值上，通过改变转子和定子磁链夹角的大小来改变电机转矩的大小，进而进行达到调速的目的。永磁同步电机调速系统中，传统的直接转矩控制系统使用的是滞环控制器和开关表，在一个周期内选择和发出单一的空间电压矢量来同时控制定子磁链和转矩的误差方向，这样很难完全补偿当前定子磁链和转矩的误差，会使定子磁链和转矩的脉动过大。同时，在系统运行过程中，如果两个置换控制器的输出信号和定子磁链位置信号在多个采样周期内保持不变，则逆变器的开关状态会在多个采样周期内保持同一个值，使得系统的开关频率不恒定。空间电压矢量调制（SVM）系统采用 SVM 单元来取代传统 DTC 系统的开关表，并用 PI 调节器来代替传统 DTC 系统的滞环环节。在每个控制周期内该系统都能计算出磁链和转矩的误差，然后选择相邻的非零矢量和零矢量，计算出各矢量的作用时间，最后利用线性组合的方式合成任意方向的空间电压矢量，这样就大大增加了对电压矢量的选择机会，更精确的补偿了磁链和转矩的误差，降低了电机磁链和转矩的脉动，输出的 PWM 波形会保证逆变器开关频率恒定，图1为SVM-DTC系统结构图。