[发明专利]一种无刷双馈感应发电机不平衡电压补偿装置及方法

说明书

本发明公开了一种无刷双馈感应发电机不平衡电压补偿装置及方法，属于无刷双馈感应发电机控制技术领域，包括PW电压控制器、CW变换角生成器、PW电压幅值计算器、PW无功功率补偿器以及CW电流调节器；其中，PW无功功率补偿器包括PW电流变换器、乘法器、高通滤波器和谐振控制器；乘法器根据PW电流d轴分量的当前反馈值i_pd(n)和PW电压q轴分量的当前反馈值u_pq(n)，计算无刷双馈感应发电机总无功功率的当前计算值Q_p(n)；高通滤波器从Q_p(n)中获取PW二倍频无功功率当前计算值谐振控制器根据计算CW电压q轴补偿量本发明中的PW无功功率补偿器输出CW电压q轴补偿量用以消除PW二倍频无功功率，从而保证PW电压的频率和幅值恒定。

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，涉及一种无刷双馈感应发电机不平衡电压补偿装置及方法。

背景技术

无刷双馈感应发电机是一种新型交流感应电机，含有两套不同极对数的定子绕组，分别称为功率绕组和控制绕组，定子绕组间不存在直接耦合；无刷双馈感应发电机的转子经过特殊设计，能使两套定子绕组所产生的不同极对数的旋转磁场间接相互作用，并能对其相互作用进行控制以实现能量传递。该类电机可运行在多种工作模式，包括感应模式、级联模式以及双馈模式。

无刷双馈感应发电机可实现变速恒频发电，同时其取消了电刷和滑环，具备结构简单可靠的优点，使得其在风力发电、水力发电、船舶轴带发电、电动汽车等领域具有显著的应用优势。通常风力发电机在运行时与电网相连，风力发电系统的控制目标是调节有功功率与无功功率。然而，无刷双馈感应发电机独立发电系统不与电网相连，需要对无刷双馈感应电机的输出电压进行直接控制，使发电机的转速或用电负载变化时，无刷双馈感应电机的输出电压的幅值和频率保持恒定。

无刷双馈感应发电机独立发电系统的控制目标是使发电机输出电压的幅值和频率保持恒定。但是，不平衡负载会使得无刷双馈感应发电机的PW(Power Winding，以下简称PW)中出现不平衡三相电流，不平衡三相电流在输出电压的各相内阻抗上产生不同的压降，进而使得无刷双馈感应发电机的输出电压出现不平衡，这使得在常规的控制方法下，无刷双馈感应发电机独立发电系统输出电压的幅值和频率保持恒定的控制目标难以实现。

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感应发电机不平衡电压补偿装置及方法，旨在解决现在无刷感应发电机独立发电系统存在不平衡负载的情况下，无法保证PW电压幅值和频率恒定，进而无法实现恒压恒频发电的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无刷双馈感应发电机不平衡电压补偿装置，该装置应用于无功功率的无刷双馈感应发电机独立发电系统，包括PW电压控制器、CW(Control Winding，以下简称CW)变换角生成器、CW电流调节器、PW电压幅值计算器和PW无功功率补偿器；

PW电压控制器根据PW电压幅值的给定值与PW电压幅值的当前反馈值U_p(n)，输出CW电流d轴分量的当前给定值用于实现PW电压的幅值闭环控制；

CW变换角生成器基于无刷双馈感应发电机当前转子位置θ_r(n)与PW频率的给定值，输出CW相位的当前给定值实现对PW电压的频率闭环控制；

CW电流调节器接收以及CW电压q轴分量的当前补偿值输出CW的励磁电压当前值u_{c_abc}(n)至控制绕组；实现对CW电流d轴分量和q轴分量的闭环控制；

PW电压幅值计算器接收PW电压当前值u_{p_abc}(n)与PW频率的给定值经坐标变换，计算U_p(n)；

PW无功功率补偿器接收PW电流当前反馈值i_{p_abc}(n)、u_pq(n)、PW相位的给定值计算实现对由不平衡负载所引起的PW二倍频无功功率的闭环控制；