[发明专利]一种无刷双馈发电机系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种无刷双馈发电机系统及其控制方法，属于无刷双馈感应发电机控制技术领域。系统包括拓扑模块和控制模块，拓扑模块包括无刷双馈发电机、二象限变流器、直流母线电容和三相不控整流桥；三相不控整流桥交流侧与功率绕组相连；二象限变流器直流侧、三相不控整流桥直流侧与直流母线电容并联；控制方法包括：根据PWM脉冲调制信号提供励磁电流；根据励磁电流控制功率绕组侧输出的交流电压，并通过三相不控整流桥将其转换为直流电压；直流电压输入至DC/DC变换器或交流并网逆变器，为负载供电或与电网并联运行。解决了现有的无刷双馈发电机系统在并网时，功率绕组电压、电网电压和网侧变流器交流侧电压三者同步困难的问题。

技术领域

本发明属于无刷双馈感应发电机控制技术领域，更具体地，涉及一种无刷双馈发电机系统及其控制方法。

背景技术

无刷双馈发电机是一种新型双电气端口电机，它包括两套相互独立且极对数不同的定子绕组，即功率绕组(Power Winding，简称PW)和控制绕组(Control Winding，简称CW)，两套定子绕组之间通过转子实现间接耦合。它取消了电刷滑环装置，具有使用寿命长，维护成本低和运行可靠等特点。由于无刷双馈发电机运行在双馈模式时，功率变换器只需向发电机的转子提供转差功率即可，因此，所需功率变换器的容量很小。随着全球能源日益紧缺，无刷双馈发电机在船舶轴带发电领域和风力发电领域应用十分广泛。

然而，现有的无刷双馈发电机系统及其控制方法存在以下问题：

(1)传统的无刷双馈发电机系统在并网时，需要功率绕组电压、电网电压和网侧变流器交流侧电压三者同步，导致长期并网运作比较困难，系统可靠性较差。

(2)无刷双馈发电机在次同步速下运行时，控制绕组会从功率绕组吸收功率，导致发电能效降低。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种无刷双馈发电机系统及其控制方法，旨在解决现有的无刷双馈发电机系统在并网时，功率绕组电压、电网电压和网侧变流器交流侧电压三者同步比较困难的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无刷双馈发电机系统，包括拓扑模块和控制模块；控制模块接收拓扑模块输出的三相电流、电机转速、直流母线电压的参考值和直流母线电压的反馈值，经过PI控制和坐标变换，采用SVPWM发生器，输出PWM脉冲调制信号；拓扑模块根据控制模块提供的PWM脉冲调制信号用于控制无刷双馈发电机，从而实现功率绕组电压与电网电压的同步；

拓扑模块包括无刷双馈发电机、二象限变流器、直流母线电容和三相不控整流桥；

无刷双馈发电机控制绕组的输出端与控制模块的输入端连接，其输入端与二象限变流器的交流侧相连；三相不控整流桥的交流侧与无刷双馈发电机功率绕组相连；二象限变流器的直流侧、三相不控整流桥的直流侧与直流母线电容并联，且通过并联并网逆变器实现直流电压到单相或三相交流电压的转换，或通过并联DC/DC变换器为直流负载供电或与直流电网并联；

二象限变流器用于根据PWM脉冲调制信号，通过控制内部开关的关断或开通，为控制绕组提供频率和幅值变化的励磁电流；

直流母线电容用于将直流电压中的谐波分量滤除并储能；

三相不控整流桥用于将功率绕组侧输出的交流电压变换为直流电压。

控制模块包括直流输出电压控制模块、控制绕组电流控制模块、控制绕组电压变换模块、控制绕组电流变换模块、积分器、SVPWM发生器和控制绕组频率计算模块；

直流输出电压控制模块、控制绕组电流控制模块、控制绕组电压变换模块和SVPWM发生器顺次连接；功率绕组频率计算模块的输入端与无刷双馈电机的功率绕组连接，其输出端与积分器的输出端相连；控制绕组电流变换模块的第一输入端与控制绕组相连，其第二输入端与积分器的第一输出端相连，其输出端与控制绕组电流控制模块的输入端连接；积分器的第二输出端与控制绕组电压变换模块的输入端相连；