基于扰动观测补偿电流调节器的双绕组感应发电机交直流集成发电控制技术

doi:10.7527/S1000-6893.2025.31865

电子电气工程与控制

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基于扰动观测补偿电流调节器的双绕组感应发电机交直流集成发电控制技术

卜飞飞(), 孙鹏宇, 史建宇, 朱天奕, 赵亚俊, 秦海鸿, 黄文新

南京航空航天大学自动化学院，南京 211106

收稿日期:2025-02-11 修回日期:2025-03-22 接受日期:2025-04-07 出版日期:2025-09-25 发布日期:2025-05-06
通讯作者: 卜飞飞 E-mail:bufeifei1984@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(52177050)

AC-DC integrated generation control technology of double-winding induction generator based on disturbance observation compensation current regulator

Feifei BU(), Pengyu SUN, Jianyu SHI, Tianyi ZHU, Yajun ZHAO, Haihong QIN, Wenxin HUANG

College of Automation Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 211106，China

Received:2025-02-11 Revised:2025-03-22 Accepted:2025-04-07 Online:2025-09-25 Published:2025-05-06
Contact: Feifei BU E-mail:bufeifei1984@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52177050)

摘要/Abstract

摘要：

针对双绕组感应电机（DWIG）交直流集成发电系统中电流环PI调节器动态响应慢、抗干扰能力不足的问题，提出一种基于扰动观测补偿电流调节器的双绕组感应发电机交直流集成发电控制策略。首先，建立DWIG交直流集成发电系统的数学模型，分析传统PI调节器在交直流耦合场景下的局限性。其次，将交流、直流电流中的耦合项总和定义为扰动项，设计扰动状态观测器，推导扰动观测值对实际值的传递函数，并给出观测器参数设计约束条件。最后，将总扰动观测值引入电流控制策略中形成前馈补偿，实现d、q轴电流以及交流、直流侧绕组电流的解耦控制。实验结果表明：所提策略有效提升了系统的电流环响应能力，改善了发电机的动态性能，并显著且有效地降低了交直流侧的相互影响，保证了交流电压与直流电压的稳定输出，为多电飞机电源系统的高性能供电提供了技术支撑。

关键词: 交直流集成发电, 双绕组感应电机, 扰动观测补偿, PI调节器, 降阶观测器

Abstract:

To address the issues of slow dynamic response and insufficient anti-interference ability of the current loop PI regulator in the AC/DC integrated power generation system of Dual Winding Induction Motor （DWIG）， a control strategy based on disturbance observation compensation current regulator for the DWIG AC-DC integrated power generation system is proposed. Firstly， a mathematical model of the DWIG AC-DC integrated power generation system is established， and the limitations of the traditional PI regulator in AC-DC coupling scenarios are analyzed. Secondly， the sum of the coupling terms in AC and DC currents is defined as a disturbance term， a disturbance state observer is designed， the transfer function of the disturbance observation value to the actual value is derived， and the design constraints of the observer parameters are given. Finally， the total disturbance observation value is introduced into the current control strategy to form feedforward compensation， realizing decoupling control of d-axis and q-axis currents as well as AC and DC side winding currents. Experimental results show that the proposed strategy effectively enhances the current loop response capability of the system， improves the dynamic performance of the generator， and significantly reduces the mutual influence of AC and DC sides. This ensures stable output of AC voltage and DC voltage， and provides technical support for high-performance power supply of more electric aircraft power systems.

Key words: AC-DC integrated power generation, Double Winding Induction Motor (DWIG), disturbance observation compensation, PI regulator, reduced order observer

中图分类号:

V242.4

卜飞飞, 孙鹏宇, 史建宇, 朱天奕, 赵亚俊, 秦海鸿, 黄文新. 基于扰动观测补偿电流调节器的双绕组感应发电机交直流集成发电控制技术[J]. 航空学报, 2025, 46(18): 331865.

Feifei BU, Pengyu SUN, Jianyu SHI, Tianyi ZHU, Yajun ZHAO, Haihong QIN, Wenxin HUANG. AC-DC integrated generation control technology of double-winding induction generator based on disturbance observation compensation current regulator[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(18): 331865.

图/表 16

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

图 12

图 13

图 14

图 15

表B1

实验所用DWIG发电系统主要参数

参数	数值	参数	数值
额定功率/（kV·A）	15	极对数	3
额定转速/（r·min^-1）	8 000	定子槽数	36
功率绕组额定相电压/V	115	转子槽数	33
控制绕组额定相电压/V	77	控制绕组每相串联匝数	12
定子外径/mm	194	控制绕组相带（电角度）	120
定子内径/mm	130	控制绕组节距	5/6
转子外径/mm	129.3	功率绕组每相串联匝数	18
转子内径/mm	35	功率绕组相带/（°）	120
气隙/mm	0.35	功率绕组节距	5/6
铁心长度/mm	110	激磁电感/ $m H$	1.058
功率绕组电阻/ $Ω$	0.024 7	功率绕组漏感/ $μ H$	66.4
控制绕组电阻/ $Ω$	0.032	控制绕组漏感/ $μ H$	66.4
转子电阻/ $Ω$	0.030 2	转子漏感/ $μ H$	65
交流绕组励磁电容/ $μ F$	40	绕组匝比	1.5
滤波电感/ $μ H$	58.5	直流母线滤波电容/ $μ F$	4 000

表B1

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