[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

本發明公開了一種發電機全控整流系統和控制方法，其中，發電機全控整流系統包括：發電機、整流單元和控制單元，發電機包括定子繞組和勵磁系統，勵磁系統與定子繞組配合設置，整流單元用于對發電機輸出的交流電進行整流，其三相交流端直接與所述定子繞組相連，其直流側連接負載；控制單元用于產生控制整流單元的PWM開關信號。通過本發明的技術方案，提高了發電機系統全控整流裝置的輕量化與集成化，實現了發電機全控整流系統的穩定輸出，既保證了發電機工作在單位功率因數狀態，實現了機端輸出電流正弦化，減小了電流諧波污染，提高了電能利用率，又保證了整流單元直流側輸出電壓穩定且可調，增強了負載適應能力，提高了動態響應速度。

技術領域

本發明涉及發電機整流技術領域，尤其涉及一種發電機全控整流系統和一種發電機全控整流系統的控制方法。

背景技術

在許多電網電力難以到達的場合，如野外工作環境、船舶及航空場合、保障能源等，發電機供電由于其工作穩定、供電時間長、環境適應性強、便于移動等特點廣泛應用于獨立式供電系統。發電機多數工作于離網情況，相比于并網發電，發電機組供電容量較小，等效輸出阻抗較大，當用電中有大量無功負載和電力電子器件時，會導致發電機效率降低，輸出波形惡化，發電機組的電能質量一般都會低于大電網的電能質量。

整流單元作為一種交直變換器，廣泛的應用在各個領域中。現有技術中，發電機整流裝置一般采用二極管不控整流或晶閘管相控整流，工作穩定可靠性高，控制相對簡單，但這類型的整流裝置會造成諧波污染，網側功率因數低，增加線路損耗，降低電能利用率，同時也可能造成局部諧振，產生設備故障。

隨著電力電子技術的發展和功率開關器件性能的提升，PWM(Pulse WidthModulation，脈沖寬度調制)控制技術被引入到整流裝置的控制中。PWM整流方式具有卓越的電能變換性能，實現網側電流正弦化運行且保持與電壓同相位，運行于單位功率因數，從源頭上解決諧波和無功功率問題，廣泛應用于有源濾波、高壓直流輸電、超導儲能、電力傳動、可再生能源并網發電等各個領域，但是，目前絕大多數PWM整流單元控制方式按照交流側為三相電網設計或為特定發電機組設計，并不能完全適用于普通發電機系統。

發明內容

針對上述問題中的至少之一，本發明提供了一種發電機全控整流系統及其控制方法，通過利用發電機定子側繞組電感替代傳統全控整流單元中的濾波電感，提高了發電機系統全控整流裝置的輕量化與集成化，匹配了發電機的轉子等效反電動勢和機端輸出電壓與整流單元交流側對應關系，通過實時獲取發電機端電壓、電流信號值和整流單元輸出直流側電壓信號值，計算發電機轉子實時位置，進一步生成調節交流側電流的第一路控制指令和調節直流側電壓的第二路控制指令，調制PWM開關信號送入整流單元的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)驅動模塊，實現了發電機系統全控整流系統的穩定輸出，同時使發電機處于單位功率因數工作，機端輸出電流正弦化，減小了電流諧波污染，提高了電能利用率，保證了整流單元直流側輸出電壓穩定且可調，提高了動態響應速度。

為實現上述目的，本發明的第一方面提供了一種發電機全控整流系統，包括：發電機、整流單元和控制單元，其中，發電機包括定子繞組和勵磁系統，勵磁系統與定子繞組配合設置，在參考控制信號的激勵下勵磁系統與定子繞組實現發電；整流單元用于對發電機輸出的交流電進行整流，其三相交流端直接與發電機定子繞組相連，其直流側經濾波電容后連接負載；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，得出控制整流單元的PWM開關信號。