[发明专利]一种变频交流发电系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变频交流发电系统及控制方法，属于变频交流发电系统的技术领域。

背景技术

随着多电/全电飞机、坦克的发展，机载、车载用电设备和精密仪器不断增加，并对电源系统提出了大容量、高性能等新要求。从目前的研究来看，除高压直流电源系统外，变频交流电源系统也是一个重要发展方向。例如，最新的大型民用客机B787和A380均采用了变频交流电源系统。

在变频交流电源系统中，由于要输出正弦交流电，目前国内外主要采用同步电机作为其主发电机，对其他类型发电机则研究较少。尽管同步电机在变频交流电源系统中已得到了实际应用，且技术成熟，稳态性能较好，但该发电系统也存在一些不足，例如，为实现无刷化，采用了“永磁机-励磁机-主发电机”这种复杂的三级式结构；转子上装有旋转整流器，使转子结构复杂，影响系统可靠性，不宜高速运行；电机的体积重量较大；电压闭环调节包括励磁机、主发电机、电压调节器等多个环节，动态性能不理想。

笼型异步电机因其结构简单、成本低、可靠性高、功率密度高等优点越来越成为机载、车载独立电源系统的重要选择。特别是近年来随着电力电子技术的发展，三相异步电机的发电品质和性能得到了大幅提高，因而它备受青睐，但这些研究主要是针对恒频交流或高压直流电源系统而开展的，未涉及变频交流电源系统。此外，在这类发电系统中，存在电力电子装置体积重量较大，给负载引入谐波等问题，这使得三相异步电机在上述领域中的应用和发展受到了一定限制。

定子双绕组异步电机(DWIG)是本世纪初提出的一种新型笼型异步电机，它继承了普通笼型异步电机的优点，克服了其缺点和不足，以独特结构和诸多优势受到了广泛关注。该发电机的定子上有两套绕组，它们在电气上没有直接连接，仅通过磁场耦合，功能分开，易实现高性能控制，可直接输出变频交流或经整流输出高压直流，能变速变负载运行，且控制器容量较小。因此，它很适合应用于高性能的独立电源系统中。然而，目前对该电机的研究主要集中于高压直流电源系统，有必要对其进行新的探索和研究。

DWIG的发电品质和运行性能很大程度上取决于所采用的控制策略。从现有的文献资料来看，DWIG系统的电压调节主要是基于“调磁调压”的思想来实现的，其实现方法可大致分为两类，一类是根据输出电压的误差，通过磁场定向或电压定向，利用电流闭环来调节励磁电流，进而改变发电机的内部磁场，以达到稳定输出电压的目的；另一类是根据输出电压及其误差，计算出励磁电流给定和励磁无功功率的给定，通过电压矢量，利用功率闭环来对励磁无功功率进行直接控制，以调节发电机的磁场，使输出电压稳定。上述基于“调磁调压”思想的控制策略虽可使系统在变速变负载时稳定运行，但也存在一定不足，例如，第一类方法由于要磁场定向或电压定向需进行复杂的坐标变换，计算量较大，且受电机参数影响；第二类方法由于功率闭环采用PWM滞环控制，开关频率不固定，该发电机控制绕组电流谐波较大，影响控制性能。此外，由于电机励磁电感一般较大，且上述方法只利用了输出电压的信息，系统的动态性能不是很理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种变频交流发电系统及控制方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种变频交流发电系统包括：由定子双绕组异步发电机、滤波电感、功率变换器、励磁电容、滤波电容组成的主回路，由蓄电池和二极管组成的低压小功率辅助电源，由直流电压传感器、交流电压传感器、交流电流传感器组成的检测回路，由控制器和驱动电路组成的控制回路；其中：

所述低压小功率辅助电源用于给主回路提供初始励磁无功功率；检测回路用于检测主回路中的直流侧电压、交流侧电压、交流侧电流，并将检测得到的检测值传输至控制回路；控制回路根据检测值通过计算得出功率变换器输出电压的给定幅值和频率来驱动功率变换器。

一种变频交流发电系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，根据交流电压传感器、交流电流传感器的测量值算得定子双绕组异步发电机功率绕组侧输出的有功功率，比较直流电压传感器的测量值和直流电压给定值得到功率变换器直流母线电压的误差，利用如下公式计算出功率变换器输出电压的频率给定值：