3.2 发电机的矢量控制模型分析

我们知道，标准的三相交流电流通过对称的三相绕组时能产生一个旋转磁场，这个旋转磁场的频率（或者称为转速）是和交流电流的频率一致的，它的幅值是其中某一相电流幅值的1.5倍，这个磁场（或电流）是一个有大小，方向可旋转的物理量，被称为磁场矢量（或电流矢量），通过改变交流电流的频率幅值、相位以及相序，可以方便地控制磁场矢量的转向、大小及空间的相对位置。从物理上看，该磁场矢量是和一个可旋转的、由一个单一直流线圈产生的磁场相等效。通过改变直流线圈中的电流来改变磁场的大小，通过控制线圈的转速、位置、转向来改变磁场的变化。换句话说，静止的三相对称交流电产生的磁场和旋转的直流电流产生的磁场等效。

通过上面的分析我们可以认为，电机中的旋转磁场矢量可以由产生它的三相交流电来控制，我们把这个旋转矢量概念加以推广，就得到电压矢量、电流矢量、磁场矢量等。

交流电机中的各种电磁量的关系，基本上都可以用各自相应的矢量来描述，它们之间的制约关系，也可以从矢量的分析得到。

（1）交流励磁双馈发电机矢量控制的目标。交流励磁双馈发电机由两套绕组：定子三相绕组和转子三相绕组。转子绕组如果流过三相交流电流，就会在空间中产生旋转磁场矢量，这个磁场矢量切割定子绕组产生三相电流。反过来，定子电流在空间中也产生旋转磁场矢量，对转子电流也会产生影响，使它的幅值、相位发生变化。交流励磁双馈发电机中的各个电磁量的相互作用，可以认为是各相应矢量的作用。从效果上看，转子电压矢量、转子电流矢量和定子电流矢量、定子电压矢量存在一个相互制约的关系。在交流电机中，影响电机运行状态的还有电机转子的转速和输入转矩。

（2）交流励磁发电机功率的矢量控制在交流电路中，除了电阻外还包含电抗，这使得电路中的电压和电流产生相位差，在这种含有电抗的交流电路中，电压和电流的有效值的乘积称之为视在功率。而有功功率是指电流消耗在电阻中的功率，数值上是电流和电阻压降的有效值乘积，无功功率是指电流和电抗压降的乘积。由于正弦波电流可以由两个相互正交的同频率的正弦电流合成，所以，电流可以看成是由与电压相位一致的分量及与电压相位相差90°分量的两部分组成，有功功率可以认为是电压可与其同相位的电流的乘积，无功功率可以认为是电压和与其正交的电流的乘积。设无穷大电网的电压和频率不变，当发电机并入无穷大电网之后，它的端电压可以认为是常量，只有定子的电流是可以受到控制的，其中和电压同相的分量称为有功分量，和电压正交的分量称为无功分量。

所谓功率的矢量控制，就是指在并网时，考虑到转子转速以及输入转矩，根据双馈型发电机的电磁关系，通过控制发电机侧交流励磁电流矢量来控制发电机定子输出的电流矢量，分别改变转子侧的有功电流分量和无功电流分量，从而达到对有功功率和无功功率的独立调节。

综上所述，本论文对交流励磁发电机的控制思路是：通过转子的交流励磁电压来控制转子电流，使之满足：

1）转子电流的频率等于滑差频率。

2）转子电流的有功分量和无功分量按照某种比例变化，依据转子电流和定子电流存在的某种内在关系，达到控制定子电流，就达到了控制功率的目的。