标幺化

标幺化作者：程尧导师：伍小杰（教授）专业：电力电子与电力传动电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab主要内容：1.为什么要用标幺化3.举例：永磁直驱风力发电控制系统2.基准值选取4.总结1.为什么要用标幺化变量的测量值、相对值：测量值：用仪表测量变量所得的值。如：电压（V）、电流（A）、转速（r/min）相对值：测量值与基准值之比。两者有什么区别呢？国际单位制（SI）与标幺单位制（p.u）使用标幺化的好处电力系统：多电压等级时，线路总的阻抗标幺值等于所有标幺阻抗值之和；电机（变压器）：对于不同功率、电压值的设备标幺值在一定范围内，具有可比性，而测量值则随之变化；定点DSP控制：可有效防止数据溢出。2.基准值选取1.功率基准值bS：系统额定功率；2.电压基准值bU：bdc=3UU为直流母线电压；dcU，3.电流基准值bI：bbb=2/3ISU；4.阻抗基准值bZ：bbb=/ZUI；：：：5.频率基准值bf电机（电网）供电额定频率；6.角频率基值bbb=2f；7.电感基准值bLbbb/LZ；8.电容基准值bC：bbb1CZ；基准值选取9.机械角速度基值b：；bbn=/p10.转矩基准值bTbbb/TS：；11.磁链基准值bbbbb==/LiUb：；12.转动惯量基值2bbb=JSbJ：；3.举例：永磁直驱风力发电控制系统背靠背双PWM变换器拓扑结构：DSP#1风力机PMSG发电机侧整流器电网侧逆变器电网dcUdcCDSP#2gLgR图1背靠背双PWM变换器结构3.1机侧变换器控制策略永磁同步发电机在同步旋转坐标系下的数学模型：sdssddsdeqsqsqssqqsqedsdef=+-=+++uRiLpiLiuRiLpiLi(3-1)sdisqisdusqudLqLesRf式中，、、为定子电压在d、q轴分量；为电机同步电角速度；为定子电阻；为转子磁链为定子电流在d、q轴分量；、为d、q轴同步电感；对式3-1进行标幺化，可得到：sdqsqsdssddbebbbbbbbbsqsqsqqsbedsdefbbbbbbbbbb1=+-1=+++idLiuRiLIURILdtLIiduiLRILiURILdtLI(3-2)3.1机侧变换器控制策略将式3-2以标幺值表示，可化为：********dsdsdssdeqsqb**qsq********sqssqedsdefb=+-=+++LdiuRiLidtLdiuRiLidt(3-3)思考：3.1机侧变换器控制策略1.为什么式3-1与式3-3的结构不同？为什么？2.如果对时间进行标幺化，两种方法方程式相同吗？PMSG的电磁转矩方程：3.1机侧变换器控制策略ensdsqsqsdnfsqdqsdsq33=(-)=[-(-)]22TpiipiLLii(3-4)sqqsqedsdfbbbbbbb=-(-)iLiTLiTILLII对式3-4进行标幺化，可得到：将式以标幺值表示，可化为：(3-5)*******efsqdqsdsq=-(-)TiLLii(3-6)思考：式3-4与式3-6有什么不同？为什么？bbbbbb/=3/2TSUIbbbbb==/LiU3.1机侧变换器控制策略运动方程：LedJBTTdt(3-7)对式3-7进行标幺化，得到标幺化功率方程：22bbbeLbbbbbdJBTTSdtSTT(3-8)将式3-8以标幺值表示，可化为：******LedJBTTdt(3-9)******LedJBTTdt式3-9可化为：*****LedHBTTdt(3-10)为惯性常数，H2bb=HJS，单位为秒。思考：对时间标幺化后，方程式为什么？3.1机侧变换器控制策略3.1机侧变换器控制策略功率方程为：ddqq3322pvivi(3-11)对式3-10进行标幺化，得到标幺化功率方程：*****ddqqpvivi(3-12)bbb3=2SUI3.1机侧变换器控制策略PWM调制2/3je3/2-jeddteqsqLiedsdef+LiPIPIPIsdisqi*sqi*sdiαβi'sdv'sqv*sdv*sqv*sβv*sαv*i注意点：图3-1电机侧变换器控制框图1.双闭环；2.电压前馈解耦；3.PI控制器（标幺化、内外限幅）；PI控制器数学方程式及标幺化1.电流PI控制器以d轴为例，由图3-1可以看出电流内环中电流的偏差经过PI调节器后输出为电压信号，所以可表示为：Iipi*-KuKiiS整理：bbbIipi*bbbb-uUIIKKiIiIUSUpi*bpipibb*bIiIiIibb==Z==ZKIKKUIKKKU从而得到：(3-13)(3-14)(3-15)2.转速PI控制器PI控制器数学方程式及标幺化转速偏差经过PI调节器后输出电流信号，所以可表示为：dInPn*-iKKS整理：qbbbInPn*bbbb-iIKKISI*bPnPnb*bInInb=*=KKIKKI从而得到：(3-17)(3-18)(3-16)3.2网侧变换器控制策略在dq坐标系下网侧变换器数学模型：gdgdggdggggqgdgqgqggqggggdgqdcdcL=--++=---+diuRiLLiedtdiuRiLLiedtdUCiidt(3-16)思考：1.方程式与PMSG方程式有什么区别？2.如何标幺化？对式3-16进行标幺化，可得到：gdgdggdggggqgdbbbbbbbbbbgqgqggqggggdgqbbbbbbbbbbdcbdcLbbbb1=--++1=---+1iduRiLLieIUZILdtLIUiduRiLLieIUZILdtLIUUdUiiCCdtII3.2网侧变换器控制策略(3-17)3.2网侧变换器控制策略将式3-18以标幺值表示，可化为：**ggd*******gdggdgggqgdb**ggq*******gqggqgggdgqb****dcdcLb=--++=---+LdiuRiLiedtLdiuRiLiedtdUCiidt(3-18)3.2网侧变换器控制策略PWM调制2/3PIPIPIgdigqi*gqi*gdiαβi'gdv'gqv*gdv*gqv*βv*αvgdeαβu2/2gaugbugaigbi三相电网dcU*dcU无功功率给定-je-je2/2gLgRgggqgd+Liegggdgq-+Lie-jegqe注意点：1.双闭环；2.电压前馈解耦；3.PI控制器标幺化。4.总结1.已完成工作：•永磁电机控制系统标幺化•PWM整流器控制系统标幺化•文档工作整理2.未完成工作：•异步电机控制系统标幺化•电励磁同步电机控制系统标幺化电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab