[發明專利]一種無刷雙饋獨立發電系統的轉矩脈動抑制裝置及方法

有效

• 申請號: 202110097294.4
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112865637B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 劉毅;張茂鑫;徐偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;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: 李君;曹葆青

本發明提供了一種無刷雙饋獨立發電系統的轉矩脈動抑制裝置及方法，屬于無刷雙饋電機控制技術領域，包括LSC控制系統，連接在無刷雙饋電機的功率繞組側，用于穩定直流母線電壓；同時采用負載側諧波電流參考值補償LSC側基波電流參考值，用于控制功率繞組的諧波電壓；其中，無刷雙饋獨立發電系統的負載包括不對稱負載和非線性負載；負載側諧波電流參考值包括負載側?1次諧波電流參考值和負載側5次諧波電流參考值。本發明利用LSC控制單元，注入?1次和5次電流諧波分量，使得無刷雙饋電機的轉矩脈動減小，發電電能質量提高，從而提高設備壽命。

技術領域

本發明屬于無刷雙饋電機控制技術領域，更具體地，涉及一種無刷雙饋獨立發電系統的轉矩脈動抑制裝置及方法，其中，無刷雙饋獨立發電系統存在的負載包括三相不對稱負載和非線性負載。

背景技術

無刷雙饋電機是一種新型交流感應電機，它包含了兩套極對數不同的定子繞組和一個用來耦合定子側不同極對數旋轉磁場的特殊設計轉子。這兩套定子繞組根據傳遞能量大小分別稱為功率繞組(power winding，以下簡稱PW)和控制繞組(control winding，以下簡稱CW)。與傳統的有刷雙饋感應發電機相比，無刷雙饋電機取消了電刷和滑環，并且憑借其高可靠性等特點在船舶軸帶發電、風力發電、水力發電等領域具有顯著的應用優勢。

無刷雙饋電機在船舶軸帶發電等場合應用時長期處于獨立發電狀態。此時需要對發電機的輸出電壓進行控制，保證在電機轉速和負載變化時發電機輸出電壓的幅值和頻率的恒定。在實際應用中，船舶用電負荷除了線性負載還包含大量非線性負載(不控整流器，晶閘管整流器，二象限變頻器等)和不平衡負載(三相負荷阻抗不相等)。非線性負載和不平衡負載的接入會產生諧波，導致無刷雙饋感應發電機的電流、電壓、轉矩發生脈動，從而給整個發電系統帶來不利影響，主要有以下幾個方面的問題：

(1)輸出電壓發生畸變，非線性負載會導致奇數次諧波電壓，其頻率為基波頻率的6n±1倍，三相不平衡負載會導致-1次諧波電壓；

(2)畸變的諧波電壓會對連接發電系統的其他正常負載產生額外的諧波損耗，降低效率，甚至會影響設備正常工作以及損耗設備壽命；

(3)電機會產生諧波轉矩，振動和噪音加大，降低電機轉軸的壽命。

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獨立發電系統的轉矩脈動抑制裝置及方法，旨在解決現有的存在不對稱負載和非線性負載的無刷雙饋電機由于諧波轉矩含量大，導致電機的振動和噪聲較大，大大縮減電機轉軸壽命的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種無刷雙饋獨立發電系統的轉矩脈動抑制裝置，包括LSC控制系統，連接在無刷雙饋電機的功率繞組側，用于穩定直流母線電壓；同時采用負載側諧波電流參考值補償LSC側基波電流參考值，用于控制功率繞組的諧波電壓；

其中，無刷雙饋獨立發電系統的負載包括不對稱負載和非線性負載；負載側諧波電流參考值包括負載側-1次諧波電流參考值和負載側5次諧波電流參考值。

優選地，無刷雙饋獨立發電系統的轉矩脈動抑制裝置還包括MSC控制系統，連接在無刷雙饋電機的控制繞組側，用于穩定功率繞組基波電壓幅值。

優選地，LSC控制系統包括：

直流母線電壓控制模塊，其輸出端連接LSC側電流控制模塊的第二輸入端；LSC側電流變換模塊，其輸出端連接LSC側電流控制模塊的第三輸入端；順次相連的LSC側電流控制模塊、LSC側電壓變換模塊和第二SVPWM發生器；