[发明专利]一种基于软开关的励磁控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子及其自动化领域，特别涉及一种基于软开关的励磁控制系统及方法。 

背景技术

随着自动控制理论、电力电子方法、电子计算机、微电子学等的发展已经进入了一个新的时代，其应用也相应地进入了一个新的高潮。 

目前，励磁控制系统大概出现过以下几种。开始有三相全控桥式整流电路励磁控制系统，这种控制系统其实是一个负反馈的控制系统，系统的稳定运行是工作的首要条件。当发电机并人电网以后，就与电力系统中所有发电机组并联运行。因此，要求发电机的励磁控制系统能对电力系统稳定运行产生有益的影响。但是由于有外界的种种干扰，因此效果不是很好。接着又产生了一种反馈和前馈迭代学习控制算法引入发电机的励磁控制，设计了一种新型的励磁控制器，以调节发电机的功角和机端电压至稳态运行点的极小领域。该控制器采用迭代学习前馈和PID反馈相结合的控制方法，综合了二者的优点，具有在有限时间内迅速精确跟踪期望轨迹，鲁棒性强的特点，虽然控制效果比上一种好，解决了干扰的问题，但是器件以及器件之间存在很大的能量损耗，因此不利于节能。 

从60年代开始得到发展和应用的DC-DC PWM功率变换方法是一种硬开关方法。为了使开关电源在高频状态下也能高效率地运行，国内外电力电子界和电源方法界自70年代以来，不断研究开发高频软开关方法。软开关的特点是功率器件在零电压条件下导通(或关断)，在零电流条件下关断(或导通)。与硬开关相比，软开关的功率器件在零电压、零电流条件下工作，功率器件开关损耗小。软开关电源的开关器件在开通或关断的过程中，或是加于其上的电压为零，即零电压开关，或是通过开关器件的电流为零，即零电流开关。这种开关方式显著地减小了开关损耗的开关过程中激起的振荡，可以大幅度地提高开关频率，为开关电源小型化、高效率创造了条件。但是，目前的软开关技术，还存在材料和空间浪费，能量损耗过大的问题。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于软开关的励磁控制系统及方法。 

本发明系统包括三相电压整流单元，前馈补偿单元、软开关单元、主励磁机、发电机组和占空比控制单元。三相电压整流单元分别与前馈补偿单元和软开关单元相连，软开关单元分别与占空比单元和主励磁机相连，主励磁机分别与前馈补偿单元和发电机组相连，发电机组与占空比控制单元相连。

其中，三相电压整流单元包括采集电压端和整流部分，整流部分由6个二极管反并联组成，三相电压经6个二极管不控整流之后变为直流。 

前馈补偿单元包括开关管VT4、比例器、加法器、电阻和电容。比例器由电容，电阻和第1放大器组成，具体连接关系如下：第7比例电阻的一端作为比例器的输入端，另一端与第1放大器的正端、第6电阻的一端、第8电容的一端相连，第1放大器的输出端与第6电阻的另一端、第8电容的另一端相连，第1放大器的负端接地。前馈补偿单元具体连接关系如下：整流电压与第4开关管的源极相连，比例器的输入端与第4开关管的漏极相连，比例器的输出端即第1放大器的输出端与第3电阻一端相连，第3电阻的另一端与第2放大器的正端、第4电阻的一端、第7电容的一端相连，第2放大器的输出端与第4电阻的另一端、第7电容的另一端相连，第2放大器的输出端与直接控制励磁的电压相连，主电路的电压经过第5电阻的一端与第2放大器的正端相连，第2放大器的负端接地。 

软开关电路包括主开关管，副开关管、谐振电感和谐振电容。具体连接方式：整流电压Ui正极与第1主开关管的源极相连，第1主开关管反并联第1续流二极管，第1主开关管的漏极与谐振电感Lr一端相连，谐振电感Lr的另一端与第2副开关管的源极相连，第2副开关管的漏极与谐振电容Cr一端相连，谐振电容Cr的另一端连接整流电压负极，在第2副开关管的两端反并联一个第2续流二极管，在第2副开关管与谐振电容Cr串联电路的两端反并联一个续流二极管VD，并且作为励磁电压的输出端，用来控制励磁电流If。 

占空比控制单元包括电压调理电路，倍频电路，供电电路，绝缘栅双极晶体管IGBT驱动电路。其中，占空比单元中的倍频电路、供电电路、电压调理电路和IGBT驱动电路分别与DSP相连。