[发明专利]基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统及方法

说明书

本发明涉及发电领域，尤其涉及基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统及方法。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。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。本发明的目的在于提出了一种解决主机发生故障时全船失去动力的问题，提高船舶运行的安全性和可靠性的基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统及方法。

技术领域

本发明涉及发电领域，尤其涉及基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统及方法。

背景技术

PWM，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM的优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换，让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。现有的内河航运船舶大多备有较大功率的主发动机和较小功率的辅助发动机，其中主发动机用于为船舶航行提供动力，辅助发动机用于船舶用电提供发电动力。如果用主发动机通过自由端输出轴直接与同步发电机连接，在为航行提供动力的同时也为船上用电提供发电动力，这样会存在以下问题，在内河航行的船舶主发动机转速一般在300转至1500转之间调节航速，主发动机转速变化极大。主发动机通过自由端输出轴直接与同步发电机连接，提供发电动力时，由于主发动机转速变化极大，从而导致发电电压、频率极不稳定，就连转速变化在100转范围内时，发电电压、频率也极不稳定，使用时极不安全，进而导致船上的电器设备损坏率极高，影响船上人员的正常生活，极易出现航行安全事故，传统船舶的发电系统和控制系统在主机发生故障时便会使全船失去动力，这种发电系统和控制系统的安全性不高、可靠性不强。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种解决主机发生故障时全船失去动力的问题，提高船舶运行的安全性和可靠性的基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统及方法。

本发明所采用的技术方案为：基于双PWM变流器的船舶轴带发电系统及方法，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。

所述轴带发电机采用永磁同步电机。

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。

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。

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：