輕度驟降下超同步轉速模擬

首先考慮超同步轉速下的情形，對 PI+R 簡化模型控制，其模擬的結果可由 P、Q 功率以及電壓電流的波形完整度和大小來判別好壞，如圖 4.6(a)、(b)，

4.7~4.8、4.12，在驟降產生後經由諧振控制器 R(s)的影響，對特定頻率的震盪提 供足夠的增益，因此功率迅速收斂至設定點上，尤其在虛功控制方面，相較於一 般的 PI 控制其暫態的響應大大減弱，輸出波形的平滑表示控制器有效的抑制了 驟降造成的電流震盪，符合 3.3、3.4 節中推論所得之結果。

值得注意的是，當驟降發生時簡化模型控制下的穩態工作點將產生 R 中所 帶有的頻率諧波，在 P、Q 功率響應圖可看到在驟降發生 0.2 秒後，功率波形內 含有穩態直流量與頻率 ω� 之諧波，在轉子電壓與電流響應圖中能更清楚的看 到，由於為了系統能繼續運作於最佳功率點上，因此定子功率的穩定是必要的，

為了使電壓驟降造成的暫態迅速消失，原先轉子側 dq 軸得直流量上多了大幅度 波動的 ω_� 訊號(圖 4.6(e)、(f))，除了電壓與電流嚴重的諧波以外，電磁轉矩的 波動更是造成轉速出現些微的震盪。

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圖 4.6 PI+R 簡化模型控制在電壓驟降下之系統響應(s=-0.2)

(a)定子電壓(b)定子電流(c)電磁轉矩(d)高速軸轉速(e)d 軸轉子電流(f)q 軸轉子電流

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圖 4.7 PI+R 簡化模型控制電壓驟降下定子實功(s=-0.2)

圖 4.8 PI+R 簡化模型控制電壓驟降下定子虛功(s=-0.2)

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圖 4.9 改良 PI 控制在電壓驟降下之系統響應(s=-0.2)

(a)定子電壓(b)定子電流(c)電磁轉矩(d)高速軸轉速(e)d 軸轉子電流(f)q 軸轉子電流

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圖 4.10 改良 PI 控制電壓驟降下定子實功(s=-0.2)

圖 4.11 改良 PI 控制電壓驟降下定子虛功(s=-0.2)

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圖 4.12 PI+R 簡化模型控制之轉子電壓、電流變化 (a)轉子電壓(b)轉子電流

圖 4.13 改良 PI 控制之轉子電壓、電流變化 (a)轉子電壓(b)轉子電流

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由 PI 控制的 P、Q 波形圖 4.10、4.11 中，可以看到控制確實可將系統運作 於穩態上，但在暫態期間會有較大的過衝出現，在虛功控制中更是明顯，瞬時功 率甚至達到數百萬瓦，電流超出額定值數倍以上，原因在於虛功設定點為一固定 值，參考點不隨運行而有所改變，另外由式(3.2)導向控制下的功率關係式，可以 發現定子電壓驟降時，將有電壓的平方項對虛功產生影響，由於瞬間的偏差過 大，為使系統收斂至穩態點上，控制器將產生極大的輸出造成嚴重的暫態。

暫態結束後，由於 PI 控制使系統良好的運作於穩態設定點上，也因此轉子 側控制電壓與電流在進入穩態後，沒有諧振控制器造成的 ω� 諧波影響，其波 形完整度相較於簡化模型控制好上許多，結果如圖 4.9、4.13 所示，且轉速的變 動也非常穩定，只在電壓驟降與回復的短時間內，轉矩有大量的變化而使轉速有 所改動。

但相對於簡化模型 PI+R 控制，雖然穩態下的運作相對理想，但電壓下降之 時間極短，若希望在不斷網的情形下迅速將故障修正之時，可以想見傳統的 PI 控制因為過大的暫態電流，將無法實際運用，而 PI+R 控制雖然含有諧波成分存 在，但其值受到有效的抑制，不至於瞬間造成裝置的損毀；另外如圖 4.6(C)，轉 矩變化量極大，但由於葉片系統反應速度較慢，因此轉速上的波動仍在可接受的 範圍。

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