[发明专利]一种直流无刷同步风力发电机的励磁方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种直流无刷同步风力发电机的励磁方法、装置及系统。

背景技术

发电机是风力发电系统中最重要的设备。目前，风力发电采用的电机基本有两种：异步电机和同步电机。与之对应的风机变流器也有两种：双馈式和全功率式。异步电机配以双馈式变流器，同步电机配以全功率变流器，形成两种不同的风力发电机组。对于任何风力发电机而言，励磁控制的实现都是至关重要的。尤其是对无刷励磁同步发电机而言，无刷励磁系统是其最核心、最关键的组成部分。

通常，发电机在转动时，需要一个旋转磁场(大多数的无刷同步发电机组都是旋转磁场式的)，这磁场多数是由直流电源通过转子线圈来形成，以建立直流磁场，通常称之为励磁功率输出部分。另外，为了使发电机在负荷变化时机端电压基本保持恒定，还需要一个能随发电机端电压变化来调整这个直流电源输出的调节器。这两方面就是励磁控制装置所要完成的任务。

发电机输出电压的稳定，是通过控制励磁电流的大小来实现的。发电机的励磁控制装置就是用于采集发电机电压和电流的变化以及其他输入信号，并根据控制准则控制供给发电机转子线圈的励磁电流。发电机的励磁控制对于维持电力系统的电压水平、提高电力系统稳定运行的能力、改善电力系统及发电机的运行条件等起到非常重要的作用。

因此，如何实现对发电机的励磁控制，特别是针对直流无刷同步风力发电机的励磁控制，来实现发电机输出电压的稳定，保障电力系统的稳定性，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直流无刷同步风力发电机的励磁方法、装置及系统，能够通过调节输送至所述发电机的励磁电流的大小，实现发电机输出电压的稳定，保障电力系统的稳定性。

本发明实施例提供一种直流无刷同步风力发电机的励磁方法，所述直流无刷同步风力发电机的励磁机与主发电机同轴连接；

所述方法包括：

步骤1：对交流输入电压整流，得到直流输入电压；

步骤2：检测得到所述主发电机的定子绕组输出的三相电压，对所述三相电压整流后得到直流输出电压；

步骤3：检测得到所述励磁机的励磁电压和励磁电流、主发电机定子绕组任意两相的输出电压、及发电机当前转速，结合所述步骤2中整流得到的直流输出电压、通过励磁电流内环控制和直流输出电压外环控制，得到PWM波；

步骤4：根据所述PWM波，对所述步骤1中得到的直流输入电压进行逆变后，再整流为直流励磁电压，输送至所述发电机的励磁机定子绕组。

优选地，步骤3中所述通过励磁电流内环控制和直流输出电压外环控制，得到PWM波，包括：

步骤31：将给定基准电压与所述步骤2中整流得到的直流输出电压相比较，并对比较结果进行增量式PI计算，得到第一计算结果；

步骤32：根据步骤3中检测得到的发电机当前转速，设定所述当前转速下所述直流输出电压的调节系数；

步骤33：将所述调节系数与步骤31中得到的第一计算结果相乘，得到励磁电流给定值；

步骤34：将所述励磁电流给定值与步骤3中检测得到的励磁电流相比较，并对比较结果进行增量式PI计算，得到需要的占空比值；

步骤35：根据所述占空比值产生相应脉冲宽度的PWM波。

优选地，所述步骤3中检测得到发电机当前转速，包括：

步骤301：检测得到主发电机定子绕组任意两相的输出电压；

步骤302：将所述输出电压转换为与所述输出电压周期相同的方波信号；

步骤303：获取所述方波信号的周期，得到所述发电机的周期；

步骤303：将所述发电机的周期转化为发电机的频率，根据所述发电机的频率，计算得到所述发电机的当前转速。

优选的，所述步骤4包括：

步骤41：根据所述PWM波，对所述步骤1中得到的直流输入电压进行逆变，得到交流电压；

步骤42：对所述逆变得到的交流电压降压和整流，得到直流励磁电压，输送至所述励磁机定子绕组。

本发明还提供一种直流无刷同步风力发电机的励磁装置，用于直流无刷同步风力发电系统，所述风力发电系统包括：励磁机与主发电机同轴的直流无刷同步风力发电机、以及变流器；

所述变流器具有三相不控整流电路，所述三相不控整流电路的输入端接主发电机定子绕组，用于对所述发电机的三相输出电压整流，输出直流输出电压至所述励磁装置；

所述励磁装置包括：第一整流电路、励磁功率输出部分、以及控制部分；