[發明專利]一種無刷雙饋發電機系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202011100918.5
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112217238B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 劉毅;林怡凡;徐偉;智剛
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;武漢揚華電氣股份有限公司
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40;H02P9/30;H02P21/22
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明公開了一種無刷雙饋發電機系統及其控制方法，屬于無刷雙饋感應發電機控制技術領域。系統包括拓撲模塊和控制模塊，拓撲模塊包括無刷雙饋發電機、二象限變流器、直流母線電容和三相不控整流橋；三相不控整流橋交流側與功率繞組相連；二象限變流器直流側、三相不控整流橋直流側與直流母線電容并聯；控制方法包括：根據PWM脈沖調制信號提供勵磁電流；根據勵磁電流控制功率繞組側輸出的交流電壓，并通過三相不控整流橋將其轉換為直流電壓；直流電壓輸入至DC/DC變換器或交流并網逆變器，為負載供電或與電網并聯運行。解決了現有的無刷雙饋發電機系統在并網時，功率繞組電壓、電網電壓和網側變流器交流側電壓三者同步困難的問題。

技術領域

本發明屬于無刷雙饋感應發電機控制技術領域，更具體地，涉及一種無刷雙饋發電機系統及其控制方法。

背景技術

無刷雙饋發電機是一種新型雙電氣端口電機，它包括兩套相互獨立且極對數不同的定子繞組，即功率繞組(Power Winding，簡稱PW)和控制繞組(Control Winding，簡稱CW)，兩套定子繞組之間通過轉子實現間接耦合。它取消了電刷滑環裝置，具有使用壽命長，維護成本低和運行可靠等特點。由于無刷雙饋發電機運行在雙饋模式時，功率變換器只需向發電機的轉子提供轉差功率即可，因此，所需功率變換器的容量很小。隨著全球能源日益緊缺，無刷雙饋發電機在船舶軸帶發電領域和風力發電領域應用十分廣泛。

然而，現有的無刷雙饋發電機系統及其控制方法存在以下問題：

(1)傳統的無刷雙饋發電機系統在并網時，需要功率繞組電壓、電網電壓和網側變流器交流側電壓三者同步，導致長期并網運作比較困難，系統可靠性較差。

(2)無刷雙饋發電機在次同步速下運行時，控制繞組會從功率繞組吸收功率，導致發電能效降低。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種無刷雙饋發電機系統及其控制方法，旨在解決現有的無刷雙饋發電機系統在并網時，功率繞組電壓、電網電壓和網側變流器交流側電壓三者同步比較困難的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種無刷雙饋發電機系統，包括拓撲模塊和控制模塊；控制模塊接收拓撲模塊輸出的三相電流、電機轉速、直流母線電壓的參考值和直流母線電壓的反饋值，經過PI控制和坐標變換，采用SVPWM發生器，輸出PWM脈沖調制信號；拓撲模塊根據控制模塊提供的PWM脈沖調制信號用于控制無刷雙饋發電機，從而實現功率繞組電壓與電網電壓的同步；

拓撲模塊包括無刷雙饋發電機、二象限變流器、直流母線電容和三相不控整流橋；

無刷雙饋發電機控制繞組的輸出端與控制模塊的輸入端連接，其輸入端與二象限變流器的交流側相連；三相不控整流橋的交流側與無刷雙饋發電機功率繞組相連；二象限變流器的直流側、三相不控整流橋的直流側與直流母線電容并聯，且通過并聯并網逆變器實現直流電壓到單相或三相交流電壓的轉換，或通過并聯DC/DC變換器為直流負載供電或與直流電網并聯；

二象限變流器用于根據PWM脈沖調制信號，通過控制內部開關的關斷或開通，為控制繞組提供頻率和幅值變化的勵磁電流；

直流母線電容用于將直流電壓中的諧波分量濾除并儲能；

三相不控整流橋用于將功率繞組側輸出的交流電壓變換為直流電壓。

控制模塊包括直流輸出電壓控制模塊、控制繞組電流控制模塊、控制繞組電壓變換模塊、控制繞組電流變換模塊、積分器、SVPWM發生器和控制繞組頻率計算模塊；

直流輸出電壓控制模塊、控制繞組電流控制模塊、控制繞組電壓變換模塊和SVPWM發生器順次連接；功率繞組頻率計算模塊的輸入端與無刷雙饋電機的功率繞組連接，其輸出端與積分器的輸出端相連；控制繞組電流變換模塊的第一輸入端與控制繞組相連，其第二輸入端與積分器的第一輸出端相連，其輸出端與控制繞組電流控制模塊的輸入端連接；積分器的第二輸出端與控制繞組電壓變換模塊的輸入端相連；