[发明专利]一种基于双变频结构的无刷双馈发电系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于双变频结构的无刷双馈发电系统及其控制方法，属于电机发电领域，无刷双馈发电系统中，控制绕组侧控制器利用负载电压U_L、直流母线电压U_dc及原动机的转速信号n_r计算U_c'及f_c'；功率绕组侧控制器将U_dc转化为幅值与频率f_L'恒定的负载电压U_L'并输出；交直交变频器设定直流母线电压的目标值，并在U_c'及f_c'作用下使控制绕组输出合适幅值与频率的电压，以对功率绕组的输出电压的幅值和频率进行调节；不控整流模块使得直流母线电压达到并保持目标值；逆变模块保持输出固定幅值和频率的U_L，以向外供电。本发明能够实现直流母线电压及负载电压的稳定控制，节省研发成本和时间，并且提高了直流母线电压的稳定性和系统的动态响应。

技术领域

本发明属于电机发电领域，更具体地，涉及一种基于双变频结构的无刷双馈发电系统及其控制方法。

背景技术

随着人类社会的发展与物质水平的提升，能源短缺问题日益突出。因此，开发利用清洁的可再生能源和改进能源转换设备以提高能源利用率已成为近年来的研究热点。无刷双馈电机以其结构可靠、励磁调节灵活等特性，在风力、水力、船舶轴带等变速发电领域具有广阔的应用前景，近些年备受关注。

目前，无刷双馈发电系统通常为功率绕组直接连接负载或电网，控制绕组连接双向变频器，通过变频器改变控制绕组的电压与频率，从而保持功率绕组电压与频率恒定，进而实现电机的变速恒频发电。

然而，由于无刷双馈电机数学模型复杂，参数辨识准确度低，导致现有的无刷双馈发电系统仍存在动态响应不佳，直流母线电压稳定性较差等问题，极易造成整个发电系统的停机和崩溃；与此同时，复杂的控制策略也给发电系统的开发与调试带来困难，阻碍了无刷双馈发电技术的普及与推广。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于双变频结构的无刷双馈发电系统及其控制方法，其目的在于利用交直交变频器实现直流母线电压的稳定控制，由此解决目前无刷双馈电机发电系统存在的调节复杂、动态响应慢、直流母线电压稳定性差以及电机效率低、过载能力差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于双变频结构的无刷双馈发电系统，包括：

无刷双馈发电机，包括：转子结构和定子结构，所述定子结构包括：铁芯、功率绕组和控制绕组；

控制绕组侧控制器，与所述无刷双馈发电机连接，用于利用负载电压U_L、直流母线电压U_dc及原动机的转速信号n_r计算得到给定电压U_c'及给定频率f_c'；

功率绕组侧控制器，用于将所述直流母线电压U_dc转化为幅值与频率f_L'恒定的负载电压U_L'并输出；

交直交变频器，与所述控制绕组侧控制器和所述控制绕组连接，用于建立直流母线电压并设定其目标值，并在所述给定电压U_c'及所述给定频率f_c'作用下控制所述控制绕组输出合适幅值与频率的电压，以对所述功率绕组的输出电压的幅值和频率进行调节；

不控整流模块，与所述功率绕组连接，用于当所述直流母线电压由所述功率绕组的输出电压决定时，使所述直流母线电压达到并保持所述目标值；

逆变模块，与所述不控整流模块和所述功率绕组侧控制器连接，用于在所述直流母线电压达到所述目标值的状态下，保持输出固定幅值和频率的负载电压U_L，以为连接的负载供电或者连接电网并网供电。