[发明专利]具有电压谐波抑制功能的变频交流发电系统控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变频交流发电系统控制方法，尤其涉及具有电压谐波抑制功能的变频交流发电系统控制方法。

背景技术

飞机电源系统作为最典型的独立电源系统之一，它的发展经历了低压直流、恒速恒频交流、变速恒频交流、高压直流和变频交流等几个阶段。从国内外飞机电源的发展与研究来看，高压直流和变频交流是飞机电源系统的发展趋势。由于飞机的功能和用途不同，所需的电源容量也不等，这使得它们的电源系统朝着不同的方向发展。在军用战机中，电源容量通常在几十千瓦到几百千瓦，不算太大，它通常采用“高压直流”技术，即先将发电机发出的变频交流电整流成高压直流电，再逆变成400Hz恒频交流电供机载设备使用。可是，在大型运输机和民用客机中，随着用电量的不断扩大，电源容量已从原来的几十千瓦发展到现在的几百千瓦、上兆瓦等级，如果上兆瓦等级的变频交流电都需要整流逆变成400Hz恒频交流电，那整流和逆变装置自然会很庞大，这对于对机载设备的体积和重量有严格限制的飞机来说是无法接受的。幸好，加热、除冰、照明等这类对电源频率不敏感的负载用电量往往要占飞机电源总容量的一半以上，这些负载可以不使用400Hz恒频交流电，而直接使用发电机发出的变频交流电，如此一来，需要经整流逆变来获得的400Hz恒频交流电仅是飞机电源总容量的一小部分，不仅大大简化了电源系统的结构，还提高了它的整体效率，这就是当前正在发展的“变频交流”技术。无疑，对于大型飞机来说，用变频交流电源系统代替恒频交流电源系统是较经济和有优势的。目前，变频交流电源系统已成为大型飞机电源的主流技术，如最新的大型客机A380和B787。

目前国内外主要采用同步电机作为变频交流电源系统主发电机，对其他类型发电机则研究较少。尽管同步电机在变频交流电源系统中已得到了实际应用，且技术成熟，但该发电系统也存在一些不足，例如，为实现无刷化，采用了“永磁机—励磁机—主发电机”这种复杂的三级式结构；转子上装有旋转整流器，使转子结构复杂，影响可靠性。

众所周知，笼型异步电机具有无刷结构、简单坚固、易维护、成本低等优点，广泛用于电力拖动和调速等场合。根据电机可逆运行原理，笼型异步电机当然也能发电运行。特别是近年来，随着电力电子技术的快速发展和电机控制理论的日益成熟，基于电力电子变换器控制的笼型异步电机发电系统的性能和发电品质得到了大幅提升，完全可以输出高品质的电能，越来越成为飞机、舰船、车辆等独立电源系统等领域的重要选择。

定子双绕组异步电机（DWIG）是二十一世纪初由美国田纳西理工大学的Ojo教授提出一种新型笼型异步电机。该电机的转子仍为笼型结构，继承了传统笼型异步电机无刷结构、简单坚固等优点，其定子上有两套绕组，一套为控制绕组，接有功率变换器；另一套为功率绕组，向负载供电，两套定子绕组在电气上没有直接连接，仅通过磁耦合，功能分开，易实现高性能控制。

由于DWIG的独特结构和优点，吸引了国内外研究人员的广泛关注。Ojo教授在DWIG恒频交流发电系统的拓扑及控制等方面作了许多开创性研究。国内海军工程大学的马伟明教授以舰船高压直流电源系统为应用背景，提出了多相整流/三相励磁的DWIG发电系统拓扑，并对谐波振荡、电压调节、系统稳定性等问题进行了深入研究。不过他们的研究工作都是以转速基本恒定为前提开展的，对变速运行中可能出现的问题没有考虑和分析。为拓展DWIG发电系统的应用场合，南京航空航天大学的研究人员从2004年开始研究宽变速运行状态下的DWIG发电系统，并针对航空电源和风力发电这两种场合中的高压直流发电系统的发电机设计、系统优化、控制策略等进行了重点研究。此外，发明人还针对DWIG应用于变频交流电源系统的可行性进行了探索，并提出了一种基于功率平衡思想的转差频率控制策略，如图1和图2所示。在研究应用于飞机的DWIG变频交流电源系统的过程中，发明人发现，在将仅占电源总容量一小部分的变频交流电进行整流逆变成400Hz恒频交流电时，由于整流器是非线性元件，当DWIG的功率绕组接整流性负载时会在功率绕组电流中引入了大量谐波，造成输出的三相变频交流电压发生畸变，进而危及飞机内各种重要仪表的正常运行，甚至影响飞机飞行安全，因此，必须采取措施来抑制三相变频交流电压中的谐波。

发明内容

本发明的目的是：提出具有电压谐波抑制功能的变频交流发电系统控制方法，使DWIG变频交流发电系统带整流器等非线性负载时仍然可以输出稳定且正弦的三相变频交流电压。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：