[发明专利]一种无刷双馈直流发电系统最小损耗控制方法及装置

说明书

本发明提供了一种无刷双馈直流发电系统最小损耗控制方法及装置，属于无刷双馈电机发电技术领域，方法包括：测算发电系统参数，以发电机功率绕组角频率为变量，建立系统损耗解析模型；采用牛顿‑拉夫逊法求解系统损耗解析模型，获取最优功率绕组角频率；将变速恒频发电方法结合最优功率绕组角频率，实现无刷双馈直流发电系统变速变频发电，进而对无刷双馈直流发电系统进行最小损耗控制。本发明相比于传统的离线辨识、在线查表法或纯粹的在线迭代法，更能反映发电系统特征，动态响应迅速，可靠性高且鲁棒性强。

技术领域

本发明属于无刷双馈电机发电技术领域，更具体地，涉及一种无刷双馈直流发电系统最小损耗控制方法及装置。

背景技术

无刷双馈电机具有无刷、定子频率可调、所需变流器容量小、高可靠性和高鲁棒性等突出优势，在直流发电系统中具备良好的应用前景。该电机的定子中存在两套不同极对数的绕组，分别称之为功率绕组(Power Winding，PW)和控制绕组(Control Winding，CW)。

目前，无刷双馈发电系统基本采用变速恒频的发电模式，该模式使得整个系统在宽速域和变负载工况下效率较低，相关学者提出通过调节发电机频率以降低系统损耗和提高效率的方法；不过，现有的频率优化调节方法均为离线辨识、在线查表法或纯粹的在线迭代法，未能准确反映系统特性，从而在频率调节过程中，系统的稳定性和动态响应性能较差。因此，无刷双馈发电系统，特别是无刷双馈直流发电系统亟需一种更为合适的最小损耗控制或效率优化方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种无刷双馈直流发电系统最小损耗控制方法及装置，旨在解决现有的频率优化调节方法均为离线辨识、在线查表法或纯粹的在线迭代法，未能准确反映系统特性，从而在频率调节过程中，系统的稳定性和动态响应性能较差的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种无刷双馈直流发电系统最小损耗控制方法，包括以下步骤：

S1：测算发电系统参数，以发电机功率绕组角频率为变量，建立系统损耗解析模型；

S2：采用牛顿-拉夫逊法求解系统损耗解析模型，获取最优功率绕组角频率；

S3：将变速恒频发电方法结合最优功率绕组角频率，实现无刷双馈直流发电系统变速变频发电，进而对无刷双馈直流发电系统进行最小损耗控制。

进一步优选地，发电系统参数包括无刷双馈感应发电机的铜耗、铁耗和附加损耗，变流器的通态损耗、开关损耗和冷却风扇损耗，以及发电系统的分布铜耗和分布铁耗；

其中，变流器的通态损耗包括开关管与续流二极管导通状态的损耗；变流器的开关损耗包括开关管与续流二极管的开通损耗和关断损耗；

发电系统的分布铜耗和分布铁耗包括：发电机功率绕组侧的分布铜耗和分布铁耗，发电机控制绕组侧的分布铜耗和分布铁耗，直流母线侧的分布铜耗和负载侧的分布铜耗。

进一步优选地，系统损耗解析模型为：P_sys＝f(ω_p,ω_rm,T_em,U_dc,I_R,I_dc,i_cd,f_sw)；其中，f(.)为系统损耗解析函数；ω_p为功率绕组角频率；ω_rm为发电机转速；T_em为转矩；U_dc为直流母线电压；I_R为负载电流；I_dc为发电系统输出电流；i_cd为控制绕组相电流d轴分量；f_sw为变流器开关频率。

进一步优选地，S2具体包括以下步骤：

S2.1：以功率绕组角频率为变量对损耗解析模型函数求偏导；