[发明专利]一种旋转式倍频变压器及启动控制方法

说明书

本发明涉及一种旋转式倍频变压器及启动控制方法，该变压器包括三相同步电机和双馈异步电机，三相同步电机与双馈异步电机之间通过联轴单元相连接，该变压器的原边由双馈异步电机的定子绕组直接引出，其副边由双馈异步电机的转子绕组和三相同步电机的定子绕组各自通过对应断路器后并联引出，联轴单元与三相同步电机之间还连接设置有用于检测旋转式倍频变压器转速并用作启动控制单元输入信号的转速编码器，双馈异步电机的转子绕组还连接设置有用于启动旋转式倍频变压器的电阻单元。与现有技术相比，本发明结构简单、可靠性高、过流能力强，并且具有可能量双向流动、可同时传递有功无功功率，可同时变换电能频率和电压的特点。

技术领域

本发明涉及电力系统工业技术领域，尤其是涉及一种旋转式倍频变压器及启动控制方法。

背景技术

在电力系统中，交流电通常只有一个固定的基准频率，整个电力系统的频率只允许在该基准频率附近很小的范围内变化，而交流电的电压则可以方便的通过静止式变压器实现升降压。分频输电已被提出多年，其技术优势、技术经济性及其在水力发电、风电等应用场合的前景已被业界证明。但是分频输电需要能对电能频率进行转换的装置，现有的能对电能频率进行转换的技术是基于电力电子技术的电力电子变换器(或称变流器、变频器)。大容量电力电子变换器具有系统结构复杂、控制难度高、可靠性低、成本高、过流能力弱等缺点。

与本发明最相近的第一种实现方案是采用电力电子变换器的技术，即通过背靠背电压源型变换器或矩阵变换器实现电能的频率变换。

与本发明较相近的第二种实现方案是选择两台交流电机仅通过机械转轴连接实现对拖，例如可以采用两台极对数不同的永磁同步电机对拖，一台电机的定子绕组作为原边连接于工频交流电，通过匹配两台三相交流电机的极对数可以在副边得到另一频率的交流电。

采用与本发明最相近的第一种实现方案实现大容量电能的频率变换时，需要采用复杂的电力电子拓扑结构，其控制难度高、可靠性低、成本高、过流能力弱，且对电力系统没有旋转惯性的贡献。

采用与本发明最相近的第二种实现方案时，需要两台功率均为额定容量的旋转交流电机，成本较高。且由于两台交流电机之间仅有机械联系而没有直接电气联系，因而这种实现方案只能传递有功功率而无法传递无功功率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有交流电力系统中变压器可方便的转换电压等级而无法方便的转换电能频率的问题而提供一种旋转式倍频变压器及启动控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种旋转式倍频变压器，该变压器包括三相同步电机和双馈异步电机，所述三相同步电机与所述双馈异步电机之间通过联轴单元相连接，该变压器的原边由所述双馈异步电机的定子绕组直接引出，其副边由所述双馈异步电机的转子绕组和所述三相同步电机的定子绕组各自通过对应断路器后并联引出，所述联轴单元与所述三相同步电机之间还连接设置有用于检测旋转式倍频变压器转速并用作启动控制单元输入信号的转速编码器，所述双馈异步电机的转子绕组还连接设置有用于启动旋转式倍频变压器的电阻单元。

进一步地，所述的联轴单元为变速齿轮箱，用于形成不同原副边频率变比的旋转式倍频变压器。

进一步地，所述的电阻单元由多个电阻并联并与用于控制通断的内部断路器连接构成。

进一步地，该变压器原边与其副边交流电频率的比值由所述双馈异步电机的极对数、所述三相同步电机的极对数和所述联轴单元的变比参数确定，其对应的描述公式为：

式中，N为变压器原边与其副边交流电频率的比值，n_gb为联轴单元的变比参数，即变速齿轮箱变比，p_M为三相同步电机的极对数，p_DFIG为双馈异步电机的极对数。