[發明專利]發電機全控整流系統和控制方法

有效

• 申請號: 201710385492.4
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107154761B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 張一鳴;原大康;張加林;高俊俠
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30;H02P21/26;H02P21/13;H02M7/219;H02M1/12;H02M1/42
• 代理公司: 11335 北京匯信合知識產權代理有限公司
• 代理人: 王秀麗<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種發電機全控整流系統，其特征在于，包括：發電機、整流單元和控制單元；

所述發電機包括定子繞組和勵磁系統，所述勵磁系統與所述定子繞組配合設置，在參考控制信號的激勵下所述勵磁系統與所述定子繞組實現發電；

所述整流單元用于對發電機的輸出電流進行整流，所述整流單元的三相交流端直接與所述定子繞組相連，所述整流單元的直流側連接負載；

所述控制單元用于根據發電機輸出端和整流單元輸出端的電壓電流信號，以及預設的參考值進行運算，得出控制所述整流單元的PWM開關信號；

所述定子繞組作為所述整流單元的濾波電感，所述定子繞組的電感值根據所述發電機和所述整流單元的參數相匹配設置；

所述整流單元的交流側電氣參數與所述發電機電氣模型進行匹配設置，所述發電機與所述整流單元交流側整合為一個整體。

2.根據權利要求1所述的發電機全控整流系統，其特征在于，所述勵磁系統包括勵磁機控制器、勵磁機和轉子繞組，所述勵磁機控制器根據所述控制單元的參考控制信號產生勵磁電流，所述勵磁機感應所述勵磁電流產生三相感應電流，所述勵磁機與所述轉子繞組相連接，對所述三相感應電流整流后傳輸到所述轉子繞組，成為轉子繞組的勵磁電流，其中，所述參考控制信號值為發電機空載時所述勵磁機的電流值，所述參考控制信號在系統工作穩定時保持不變。

3.根據權利要求2所述的發電機全控整流系統，其特征在于：上述控制單元包括轉換子單元、處理子單元、運算子單元、控制子單元；

所述轉換子單元用于檢測所述發電機機端和所述整流單元的輸出端的電壓電流信號，并將檢測到的電壓電流信號轉換為數字式的電壓電流信號值；

所述處理子單元將所述電壓電流信號值進行不同坐標的變換或反變換，并根據發電機輸出端的電壓電流信號值計算所述轉子繞組的矢量位置；

所述運算子單元將電壓電流信號和給定的參考控制信號進行相應的運算；

所述控制子單元根據所述運算子單元的運算結果，生成控制所述整流單元的PWM開關信號。

4.根據權利要求3所述的發電機全控整流系統，其特征在于，所述控制子單元包括電壓控制器、電流控制器和脈寬調制器，所述電壓控制器用于根據所述運算子單元生成的第一路控制指令生成參考電流值，所述電流控制器根據所述運算子單元生成的第二路控制指令進行解耦生成電壓調制指令，所述脈寬調制器根據所述處理子單元轉換后的電壓調制指令生成矢量脈寬調制開關信號。

5.根據權利要求4所述的發電機全控整流系統，其特征在于：

所述處理子單元根據所述轉換子單元檢測到的發電機輸出端的電壓電流信號值，利用滑膜觀測器和鎖相環實時檢測所述轉子繞組矢量位置，并將所述發電機輸出端的電流信號值變換為αβ坐標系下的電流值；

所述處理子單元還用于根據所述轉子繞組的矢量位置將所述αβ坐標系下的電流值變換為dq坐標系下的電流值，以及根據所述轉子繞組的矢量位置將解耦后生成的電壓調制指令反變換為αβ坐標系下的電壓調制指令。

6.根據權利要求5所述的發電機全控整流系統，其特征在于，所述運算子單元將所述整流單元輸出端的電壓與預設的整流單元直流側電壓進行求差生成所述第一路控制指令，所述運算子單元將所述參考電流值與所述dq坐標系下的發電機輸出端電流值進行求差生成所述第二路控制指令。

7.根據權利要求3所述的發電機全控整流系統，其特征在于，所述轉換子單元用于檢測所述發電機機端的電壓電流信號和整流單元直流側的電壓信號，并轉換為可被所述處理子單元識別的數字信號。

8.根據權利要求1或2所述的發電機全控整流系統，其特征在于，所述發電機、整流單元、控制單元還包括相應的電壓、電流檢測模塊，用于將所述發電機機端、所述整流單元直流側的電壓電流信號按一定比例縮小后送入所述控制單元的轉換子單元；

所述發電機全控整流系統還包括儲能電容和軟啟動繼電器，所述儲能電容串聯于所述整流單元直流側，并與負載相連；

所述軟啟動繼電器用于防止所述發電機全控整流系統啟動時所述發電機機端電壓對所述整流單元造成過大電壓沖擊。

9.一種如權利要求1所述的發電機全控整流系統的控制方法，其特征在于，包括：

檢測發電機的輸出端和整流單元的輸出端的電壓電流信號，并對所述電壓電流信號轉換為數字式的電壓電流信號值；

根據所述發電機輸出端的電壓電流信號值計算轉子繞組的矢量位置以及dq坐標系下的發電機輸出端電流值；

根據所述整流單元的輸出端電壓電流信號值與預設的參考值生成第一路控制指令；

根據所述第一路控制指令生成參考電流值，并與所述dq坐標系下的發電機輸出端電流值求差生成第二路控制指令；

根據給定的參考值對所述第二路控制指令進行補償和解耦，生成電壓調制指令；

根據所述轉子繞組的矢量位置和所述電壓調制指令進行空間電壓矢量調制，生成矢量脈寬調制開關信號，控制所述整流單元中開關器件的開啟關斷；

其中，所述根據所述發電機輸出端的電壓電流信號值計算所述轉子繞組的矢量位置以及dq坐標系下的發電機輸出端電流值具體包括：

對所述發電機輸出端的電壓電流信號值通過滑模觀測器進行觀測；

根據觀測值和實時的電壓電流信號值計算得出所述轉子繞組的等效反電動勢在αβ坐標系下的分量；

通過鎖相環對所述轉子繞組的反電動勢在αβ坐標系下的分量進行相應計算得到轉子繞組的矢量位置；

根據所述轉子繞組的矢量位置將αβ坐標系下的發電機輸出端的電流值變換為dq坐標系下的電流值。