[實用新型]無刷雙饋發電機的背靠背變流器

有效

• 申請號: 201521029245.3
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN205160381U
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 胡楷;張玘;鄭小平
• 申請（專利權）人: 威勝集團有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所 43001
• 代理人: 周詠;米中業

技術領域

本實用新型屬于電力電子技術領域，具體涉及一種無刷雙饋發電機的背靠背變流 器。

背景技術

無刷雙饋電機是具有兩套定子繞組、而轉子沒有電刷的雙饋電機，其可靠性、可維護性相比有刷雙饋電機大大提高，但又具有雙饋電機變速恒頻恒壓發電的優點，在風力發電、水力發電、船舶軸帶發電等應用中具有特殊的優勢。無刷雙饋電機能夠用低壓小功率的變頻器對高壓大容量電機進行變頻調速控制，相對傳統高壓感應電機全功率變頻調速更加經濟。定子兩套繞組中承擔主要功率的稱為功率繞組，通常由電網供電，其頻率為，極對數為；另外的小功率繞組稱為勵磁繞組，由變頻電源供電，其頻率為，極對數為。常用的反相序連接轉子結構無刷雙饋電機同步轉速為

無刷雙饋發電機運行于同步轉速以上時，主繞組和勵磁繞組同時向電網饋電，運 行于同步轉速以下時，主繞組向電網饋電，勵磁繞組從電網取電，因此為勵磁繞組供電的必 須是背靠背變流器，才能能夠實現能量的雙向流動。現有無刷雙饋發電機的常規背靠背變 流器系統結構如圖1所示，其中直流側電路采用電容器，結構簡單。

圖1所示的背靠背變流器的控制有兩部分，分別是對電機側變流器的勵磁控制和 電網側變流器的并網控制，對直流側電容兩端電壓的控制也由網側變流器完成。

然而，無刷雙饋發電機在運行中，為了滿足勵磁強度，電機側變流器輸出電流基本保持在額定電流水平上，但是由于繞組阻抗會隨著勵磁頻率變化，故電機側變流器輸出電壓幅值也會隨著頻率變化，并且變化范圍非常大。傳統的調節輸出電壓的方式是保持直流側電容電壓不變，調節逆變器輸出電壓的調制系數M實現。直流側電壓的確定由兩個變流器的工作要求來共同確定，電機側變流器需要的一般低于540V，而網側變流器需要的通常選擇700~800V的水平，綜合考慮后，背靠背變流器必須選擇較高的數值，這就對電機側變流器的正常工作形成較大壓力：過高的導致調制系數M過低，輸出電壓波形、IGBT耐壓和電流容量、等效開關頻率等都受到不利影響。

同時，采用電容器組作為直流側電壓支撐的VSI逆變器，其上下橋臂的開關器件不 能同時導通，否則會造成電容器兩極短路，燒壞開關器件和電容器。為了防止上下橋臂直 通，控制系統在確定開關器件的開關狀態時，必須加入死區時間，必然會導致輸出波形偏離 控制目標，惡化補償效果。即便加入死區，控制系統仍然必須加入對直通故障的檢測、保護 功能，增加了控制系統復雜度。

此外，網側變流器輸出的諧波電流會造成有功功率波動，電容器漏電流、均壓電阻 也會造成一定的有功功率損耗，所以傳統電路的直流側電容器電壓控制復雜，必須在網側 變流器輸出指令電流中加入有功電流分量，才能夠保證直流側電壓的穩定，致使直流電壓 控制與輸出電流控制不能解耦，有功電流加入到指令電流中也惡化了輸出電流波形。為了 降低電壓控制難度，直流側電容器往往采取增大容量的辦法，提高了成本。

最后，為了提高直流電壓穩定性、降低控制難度，直流電容傾向于選擇較大容量， 同時為了提高發電機控制系統的動態響應性能，尤其是突然加/減大負載時，由于發電機的 機械系統時間常數較大，導致動態響應速度不能滿足控制要求，發電系統的輸出電壓會產 生大幅度波動，為了彌補機械系統的滯后，往往在直流電容兩端并接儲能單元，以滿足動態 性能要求。如果采用高電壓直流母線，那么高達700~800V的高壓對于大多數儲能元件來說 都比較高，難以搭配合適的儲能系統。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種直流側電容電壓能夠同時適應于電網側變流器 和電機側變流器、儲能系統容易選取、電網側變流器控制簡單且成本低廉的無刷雙饋發電 機的背靠背變流器。

本實用新型提供的這種無刷雙饋發電機的背靠背變流器，包括電機側變流器、電 網側變流器、勵磁控制電路、并網控制電路、儲能單元和直流側電容，其特征在于還包括Z源 電路，直流側電容與Z源電路串聯后與電網側變流器并聯，由Z源電路為電網側變流器提供 電壓支撐。

所述儲能單元包括低壓儲能單元和高壓儲能單元；低壓儲能單元并聯在直流側電 容和Z源電路之間，高壓儲能單元并聯在Z源電路和電網側變流器之間。