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第四部分 功率外环控制与Park变换矩阵之间的关系

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4Park变换矩阵下(点击可查看4Park变换),如何用abc坐标和dq坐标系分别表示瞬时有功、无功功率?dq轴坐标下为什么外环功率控制器有2种形式?


4种派克(Park)变换、克拉克(Clark)变换与基于dq轴解耦的双闭环控制之间的关系(四)

第四部分    功率外环控制与Park变换矩阵之间的关系


abc三相静止坐标系下系统侧有功功率Ps和无功功率Qs的求解公式是唯一的。根据瞬时功率理论,交流系统有功功率Ps和无功功率Qs分别为:

但在dq同步旋转坐标系下,有功功率Ps和无功功率Qs表现出了以下2种形式:

接下来介绍在dq同步旋转坐标系下,有功和无功功率表现两种形式的原因。


01  第一种Park变换矩阵下的有功功率和无功功率

第一种Park变换矩阵如下:

其选用的Clark变换及其反变换矩阵如下:

  • 推导方式一:
总体思路为,首先将abc坐标下的电气量变换到αβ坐标,然后再将αβ坐标下的电气量变换到dq坐标,从而得到dq坐标系下表示的有功功率和无功功率。

Clark反变换可知:

将式(6)、式(7)代入式(5)中可得αβ坐标下的有功功率为:

系统发生不对称故障后,电压和电流会产生负序分量,则电压、电流可表示为:

上式中上标“+”“-”分别为电气量的正序和负序分量。将式(9)代入式(8)中得:

Park反变换得:

                               

                                 
式中fd、fq分别为电气量的d轴和q轴分量,fα、fβ分别为电气量的α轴和β轴分量,则

当系统正常运行时,负序分量为0,只有正序分量,且以d轴定向时q轴分量上的值也为0(由于d轴、q轴互相垂直,其矢量和为三相合成旋转矢量d轴定向就是让d轴分量与三相合成旋转矢量重合,则q轴分量为0),则
                                                              
同理,将abc坐标下的瞬时无功功率变换到αβ坐标系,可表示为:
 
发生不对称故障后,电压和电流会有正序和负序分量,则电压电流可表示为:

    由反park变换得:

当系统正常运行时,只有正序分量,负序分量为0,且以d轴定向,则                                                                 

  • 推导方式二:

总体思路为直接将abc坐标下的电气量变换到dq坐标系下的各量,而不需要经过αβ坐标系的过渡。
由于


直接将上式代入abc坐标系下的有功功率计算公式(该推导方式下,最好只考虑正序,考虑负序的话计算量较大),则可得到dq同步旋转坐标系下的Ps和Qs为:

d轴以电网电压向量定位时,即Usq=0,则上式可以写成下式,此处仅考虑基频正序分量:


02  第二种Park变换矩阵下的有功功率和无功功率

在第二种Park变换矩阵下,dq轴坐标下的有功和无功功率的求解过程与第一种基本相同,但是由于Park变换矩阵的不同导致有功和无功功率的计算式有正负号的差别此处不再计算直接给出结果,其值可表示为:


03  第三种Park变换矩阵下的有功功率和无功功率

在第三种Park变换矩阵下,dq轴坐标下的有功和无功功率的求解过程也与第一种基本相同,此处不再计算,其值可表示为:


04  第四种Park变换矩阵下的有功功率和无功功率

在第四种Park变换矩阵下,dq轴坐标下的有功和无功功率的求解过程也与第一种基本相同,此处不再计算,其值可表示为:


05  总结

虽然abc坐标系下瞬时有功功率和无功功率的形式唯一,但由于Park变换矩阵的多种多样,导致在dq坐标下瞬时有功功率和无功功率表现出两组不同的形式,在构建仿真模型时,要根据选用的Park变换矩阵去选择合适的功率计算公式。

至此,这期四个部分,以4种派克(Park)变换、克拉克(Clark)变换与基于dq轴解耦的双闭环控制之间的关系为主题的系列探讨就结束了。主要内容均是围绕4Park变换展开,最原始的依据则是第一部分中4abc坐标系与dq坐标系的关系图,只要弄懂这4张关系图,则其余部分中的结论均可推导得到。

来源:电力电子技术与新能源
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首次发布时间:2023-05-18
最近编辑:11月前
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