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适用于不同仿真环境的电压定向方法


适用于不同仿真环境的电压定向方法

电压定向控制方法,是将控制电压矢量与 dq 坐标系的某一轴重合,进而简 化控制过程。传统 dq 变换在推导中,以 abc 三相余弦形式表达,且通常以 d 轴 为定向轴,但在 simulink 及 PSCAD 中,信号以正弦形成表达,此时在进行电压定 向控制时,需考虑几种不同形式,包括 d 轴定向、q 轴定向及 d 轴反向定向,以 下结合相关仿真平台,采用矢量图形式对上述三种定向算法进行解释。 (1)d 轴定向(余弦信号表达下,d 轴与电压矢量重合)
?ud ? ? cos ? 2? ? ? 坐标变换关系: ? uq ? ? ? ? sin ? 3 ? ? ? u0 ? ? ? 1/ 2 cos(? ? 2? / 3) ? ?ua ? ? ? ? sin(? ? 2? / 3) ? sin(? ? 2? / 3) ? ? ?ub ? ? 1/ 2 1/ 2 ?? ? uc ? ? cos(? ? 2? / 3)

1)电压信号为余弦信号: u ? U m cos(? ) 该条件下 Ud=Um,Uq=0,如图 1 所示:
b

q
u
?

d

a

c
图 1 余弦信号表达下 d 轴定向矢量关系图

2)电压信号为正弦信号: u ? Um sin(? ) ? Um cos(? ? ? / 2) ? Um cos(? ') (变换 矩阵以 ? ' 代替) 该条件下,d 轴超前电压矢量 u 90 度,如图 2 所示,Ud=0,Uq=-Um。

b
d u
?
? '

a
q

c
图 2 正弦信号表达下 d 轴定向矢量关系图

(2)q 轴定向(余弦信号表达下,q 轴与电压矢量重合,Simulink 提供模块采用 该变换矩阵) :
?ud ? ? sin ? 2? ? ? 坐标变换关系: ? uq ? ? ? cos ? 3 ? ? ? u0 ? ? ? 1/ 2 sin(? ? 2? / 3) cos(? ? 2? / 3) 1/ 2 sin(? ? 2? / 3) ? ?ua ? ? ? cos(? ? 2? / 3) ? ? ? ub ? ? 1/ 2 ?? ? uc ? ?

1) 电压信号为余弦信号: u ? U m cos(? ) 该条件下 ud=0,uq=Um,如图 3 所示:
b

q
u
?

a

d

c
图 3 余弦信号表达下 q 轴定向矢量关系图

2) 电压信号为正弦信号: u ? Um sin( (变 ? ) ? Um cos( ? ? ? / 2)? Um cos( ? ') 换矩阵以 ? ' 代替) 该条件下,q 轴超前电压矢量 u 90 度,ud=Um,uq=0,如图 4 所示:

b
q
u
?
? '

d

a

c

图 4 正弦信号表达下 q 轴定向矢量关系图 (3)反向 d 轴定向(余弦信号表达下,d 轴与电压矢量重合,且 q 轴领先 d 轴

90 度,PSCAD 提供派克变换模块采用该变换矩阵)
?ud ? ? cos ? 2? ? ? 坐标变换关系: ? uq ? ? ? sin ? 3 ? ? ? u0 ? ? ? 1/ 2 cos(? ? 2? / 3) sin(? ? 2? / 3) 1/ 2 cos(? ? 2? / 3) ? ?ua ? ? ? sin(? ? 2? / 3) ? ? ? ub ? ? 1/ 2 ?? ? uc ? ?

1)电压信号为余弦信号: u ? U m cos(? ) 该条件下,ud=Um,uq=0,如图 5 所示。
b d u
?

a

q

c

图 5 余弦信号表达下 d 轴反向定向矢量关系图

2)电压信号为正弦信号:u ? Um sin(? ) ? Um cos(? ? ? / 2) ? Um cos(? ') (变换 矩阵以 ? ' 代替) 该条件下 d 轴超前电压矢量 u 90 度,ud=0,uq=Um,如图 6 所示。

b
d u
?
? '

q

a

c
图 6 正弦信号表达下 d 轴反向定向矢量关系图

结论: Simulink 仿真环境下系统自带派克变换采用 q 轴定向, 且信号为正弦表达, 信号矢量关 系可由上图描述,如采用标准变换矩阵(d 轴定向) ,分析结论可由图 2 描述;PSCAD 仿真 环境自带派克变换为反向 d 轴定向,信号正弦表达,矢量关系图与图 6 一致,如采用标准 变换,结论同图 2。



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