[發明專利]一種脈沖負載下柴油發電機組輸出功率控制方法

有效

• 申請號: 202110551701.4
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113098316B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 原仝云;李浩昱;張繼紅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02M9/02
• 分類號: H02M9/02;H02M9/04
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

一種脈沖負載下柴油發電機組輸出功率控制方法，屬于電力電子技術領域。解決了現有采用儲能環節提供脈沖負載的脈動功率減小對柴油機軸系沖擊的方法存在控制系統響應較慢，適應性差的問題。本發明的控制器用于根據脈沖負載需要的功率信號和三相PWM整流器實際輸出的電壓電流信號及儲能單元輸出電流信號控制三相PWM整流器和儲能單元的輸出的功率；所述控制器采用具有慣性和阻尼的電壓功率環控制策略，控制三相PWM整流器向脈沖負載提供平均功率，儲能單元為脈沖負載提供脈動功率。本發明適用于脈沖負載供電。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域。

背景技術

隨著大功率電力電子負載的飛速發展，例如高速鐵路、電鍍電焊，雷達裝置以及高性能微處理器等，它們都表現出了越來越顯著的負載突變特性，對供電系統提出了嚴峻的挑戰。脈動負載供電系統的典型形式是基于柴油發電機-不控整流器-直流變換器的級聯系統。

常規電機傳動機構的設計，是在穩態運轉假設下，利用有效載荷值進行剛度與強度的設計與校核。柴油發電機組軸系由柴油機曲軸部分、大飛輪軸及發電機轉子軸組成，之間通過聯軸器連接。柴油發電機組軸系在非額定轉速下，可能會出現共振現象，導致軸系所受應力大于許用應力造成軸系故障。而脈沖負載工況下，由于軸系轉速不斷變化，扭振振幅也相應改變，其最大振幅可能會大于相應的許用值，從而導致軸系發生故障。因此，若脈沖負載能量完全由柴油發電機組提供，則柴油機組軸系設計需要留有足夠的余量，會大大提高系統整體的成本，造成浪費。

因此，通常在級聯系統中加入儲能環節，用儲能環節提供脈沖負載的脈動功率，用柴油發電機提供脈沖負載所需平均功率，從而減小由于脈沖負載對柴油發電機組軸系的沖擊，延長柴油發電機組軸系的壽命。另外，使用可控整流器替代不控整流器可以進一步減小脈沖負載對柴油發電機組軸系的沖擊，由于脈沖負載的變化使得輸出電壓大范圍波動，使用傳統電壓電流雙閉環難以對其進行有效控制。

發明內容

本發明目的是為了解決現有采用儲能環節提供脈沖負載的脈動功率減小對柴油機軸系沖擊的方法存在控制系統響應較慢，適應性差的問題，提出了一種脈沖負載下柴油發電機組輸出功率控制方法。

本發明所述的一種脈沖負載下柴油發電機組輸出功率控制方法，該方法通過柴油發電機組輸出功率控制系統實現，所述柴油發電機組輸出功率控制系統包括三相PWM整流器、儲能單元、DC-DC變換器和控制器；

柴油發電機組用于輸出三相交流電，所述柴油發電機組的三相交流電信號輸出端連接三相PWM整流器的信號輸入端，所述三相PWM整流器的信號輸出端連接儲能單元，為儲能單元充電，所述三相PWM整流器的信號輸出端還連接DC-DC變換器的信號輸入端，所述DC-DC變換器對輸入的電流進行轉換后為脈沖負載供電；

控制器用于根據脈沖負載需要的功率信號和三相PWM整流器實際輸出的電壓電流信號及儲能單元輸出電流信號控制三相PWM整流器和儲能單元的輸出的功率；

所述控制器采用具有慣性和阻尼的電壓功率環控制策略，控制三相PWM整流器向脈沖負載提供平均功率，儲能單元為脈沖負載提供脈動功率。

進一步地，本發明中，控制器用于通過有功控制環路的控制和無功控制環路的控制，實現具有慣性和阻尼的電壓功率環控制策略。

進一步地，本發明中，具有慣性和阻尼的電壓功率環控制策略的數學表達式為：

式中，J為虛擬慣性系數，s為拉普拉斯算子，ω為虛擬角速度，P為柴油發電機組發出有功功率，P_ref為有功功率給定值，D為虛擬阻尼系數，ω_n為柴油發電機組額定角速度，E_m為虛擬電動勢峰值，K為積分系數，Q_ref為無功功率給定值，Q為柴油發電機組發出無功功率。