[發明專利]一種基于雙變頻結構的無刷雙饋發電系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202110303210.8
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN112910145A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 陳曦;韋忠朝;周亞坤;王雪帆;智剛;周翔
• 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: H02K3/28
• 分類號: H02K3/28;H02P9/00;H02P9/14;H02P9/38;H02J3/38;H02M5/458
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王穎翀

本發明公開了一種基于雙變頻結構的無刷雙饋發電系統及其控制方法，屬于電機發電領域，無刷雙饋發電系統中，控制繞組側控制器利用負載電壓U_L、直流母線電壓U_dc及原動機的轉速信號n_r計算U_c'及f_c'；功率繞組側控制器將U_dc轉化為幅值與頻率f_L'恒定的負載電壓U_L'并輸出；交直交變頻器設定直流母線電壓的目標值，并在U_c'及f_c'作用下使控制繞組輸出合適幅值與頻率的電壓，以對功率繞組的輸出電壓的幅值和頻率進行調節；不控整流模塊使得直流母線電壓達到并保持目標值；逆變模塊保持輸出固定幅值和頻率的U_L，以向外供電。本發明能夠實現直流母線電壓及負載電壓的穩定控制，節省研發成本和時間，并且提高了直流母線電壓的穩定性和系統的動態響應。

技術領域

本發明屬于電機發電領域，更具體地，涉及一種基于雙變頻結構的無刷雙饋發電系統及其控制方法。

背景技術

隨著人類社會的發展與物質水平的提升，能源短缺問題日益突出。因此，開發利用清潔的可再生能源和改進能源轉換設備以提高能源利用率已成為近年來的研究熱點。無刷雙饋電機以其結構可靠、勵磁調節靈活等特性，在風力、水力、船舶軸帶等變速發電領域具有廣闊的應用前景，近些年備受關注。

目前，無刷雙饋發電系統通常為功率繞組直接連接負載或電網，控制繞組連接雙向變頻器，通過變頻器改變控制繞組的電壓與頻率，從而保持功率繞組電壓與頻率恒定，進而實現電機的變速恒頻發電。

然而，由于無刷雙饋電機數學模型復雜，參數辨識準確度低，導致現有的無刷雙饋發電系統仍存在動態響應不佳，直流母線電壓穩定性較差等問題，極易造成整個發電系統的停機和崩潰；與此同時，復雜的控制策略也給發電系統的開發與調試帶來困難，阻礙了無刷雙饋發電技術的普及與推廣。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于雙變頻結構的無刷雙饋發電系統及其控制方法，其目的在于利用交直交變頻器實現直流母線電壓的穩定控制，由此解決目前無刷雙饋電機發電系統存在的調節復雜、動態響應慢、直流母線電壓穩定性差以及電機效率低、過載能力差的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于雙變頻結構的無刷雙饋發電系統，包括：

無刷雙饋發電機，包括：轉子結構和定子結構，所述定子結構包括：鐵芯、功率繞組和控制繞組；

控制繞組側控制器，與所述無刷雙饋發電機連接，用于利用負載電壓U_L、直流母線電壓U_dc及原動機的轉速信號n_r計算得到給定電壓U_c'及給定頻率f_c'；

功率繞組側控制器，用于將所述直流母線電壓U_dc轉化為幅值與頻率f_L'恒定的負載電壓U_L'并輸出；

交直交變頻器，與所述控制繞組側控制器和所述控制繞組連接，用于建立直流母線電壓并設定其目標值，并在所述給定電壓U_c'及所述給定頻率f_c'作用下控制所述控制繞組輸出合適幅值與頻率的電壓，以對所述功率繞組的輸出電壓的幅值和頻率進行調節；

不控整流模塊，與所述功率繞組連接，用于當所述直流母線電壓由所述功率繞組的輸出電壓決定時，使所述直流母線電壓達到并保持所述目標值；

逆變模塊，與所述不控整流模塊和所述功率繞組側控制器連接，用于在所述直流母線電壓達到所述目標值的狀態下，保持輸出固定幅值和頻率的負載電壓U_L，以為連接的負載供電或者連接電網并網供電。