[发明专利]基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统及方法

权利要求书

1.基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统，其特征在于：包括发电系统，所述发电系统组成包括主机、轴带发电机、两个PWM变流器，所述主机通过齿轮箱驱动轴带发电机转动，所述轴带发电机发出的交流电通过PWM整流器整流成直流电，所述直流电通过PWM逆变器逆变成恒压恒频交流电，所述恒压恒频交流电通过电抗器并入电网。

2.根据权利要求1所述的基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统，其特征在于：所述轴带发电机采用永磁同步电机。

3.根据权利要求1、2所述的基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统，其特征在于：包括发电方法，所述永磁同步电机通过电机侧变流器控制，所述电网通过电网侧变流器控制。

4.根据权利要求3所述的基于双PWM变流器的船舶轴带发电方法，其特征在于：所述电机侧变流器与永磁同步电机相连，建立永磁同步电机数学模型，取定子电感d、q轴分量L_d＝L_q＝L，永磁同步电机在dp同步旋转坐标系下的磁链、电压、转矩方程如下：

定子磁链

定子电压u_ds、u_qs：

电磁转矩矢量T_e：

其中i_ds、i_qs为定子电流d、q轴分量；ω_e为电机同步角速度，ω_e＝n_pω_r，ω_r为转子机械角速度；n_p为极对数；R_s为电机定子电阻；为转子励磁磁链；T_l为负载转矩。

5.根据权利要求3、4所述的基于双PWM变流器的船舶轴带发电方法，其特征在于：所述电机侧变流器建立零d轴电流矢量控制策略，采用双闭环矢量控制，外环为转子转速控制环，内环为定子电流控制环，对d、q轴电流进行解耦控制得到其补偿量：

即：则永磁同步电机输出有功功率和无功功率与d轴和q轴电流之间存在如下关系：

通过控制转子转速、定子q轴电流就能实现对电机有功功率的独立控制，控制定子d轴电流为零就能使无功功率维持为零。

6.根据权利要求3所述的基于双PWM变流器的船舶轴带发电方法，其特征在于：所述电网侧变流器连接永磁同步电机与电网，从而实现直流母线电压的稳定控制、实现并网有功和无功功率的独立控制、确保交流侧电流按照正弦规律变化，建立电网侧变流器数学模型，其方程式为：

其中u_dg、u_qg为电网电压的d、q轴分量；i_dg、i_qg为电网电流的d、q轴分量；u_di、u_qi为电网侧变流器交流侧电压的d、q轴分量；L_g为并网电抗器的电感；ω_g电网同步电角速度，

在dq坐标系下，电网侧变流器传输到电网的有功功率和无功功率分别为：

7.根据权利要求3、6所述的基于双PWM变流器的船舶轴带发电方法，其特征在于：所述电网侧变流器采用电网电压定向矢量控制，得到：u_dg＝u_g，u_qg＝0，即：

控制电网电流d、q轴分量就可以实现无功功率和有功功率的独立解耦控制，对电网侧变流器采用双闭环矢量控制，外环为直流母线电压环，稳定直流母线电压；内环为电流环，使电网电流d、q轴分量跟随参考值，i_dg、i_qg存在交叉耦合，需要解耦控制，选择对i_dg、i_qg分别进行闭环PI调节控制，得到相应控制电压u'_dg和u'_qg，再加上电压补偿项：

得到解耦控制器的输出电压表达式：

即：

d轴网侧电流的微分方程中只有d轴分量，q轴网侧电流的微分方程中只有q轴分量，实现对电网电流d、q轴分量的解耦控制。