[发明专利]一种无刷双馈轴带发电系统短时过载控制装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于交流电机及其控制技术领域，具体涉及一种无刷双馈轴带发电系统短时过载控制装置及控制方法。

背景技术

现有的常规轴带发电系统一般采用异步发电机，永磁同步发电机和绕线转子异步发电机，其电机是有刷双馈电机。常规异步发电机和永磁同步发电机一般配合可调距桨并辅以较大容量的交-直-交电能变换系统运行，需要主机转速与之相匹配，从而带来整体运行效率下降问题，同时可能影响船舶正常航行需求；并且，整个发电过程电能变换环节多，一方面增加了损耗，同时降低了系统可靠性；另一方面，需要采用大容量的电力电子变换设备，成本较高，而且永磁同步电机在船舶机舱的恶劣工作环境下，可靠性不高，维护复杂。

双馈异步发电机可以实现变速恒频发电，对主轴转速配合要求不高，可以采用较小功率等级的电力电子变换装置实现较大功率变速恒频发电的控制，降低使用成本，产生可观的经济效益；但其电机本体采用了电刷和滑环结构，需要定期维护，为其使用带来不便，且维护成本高。

无刷双馈电机作为一种新型的电机，广泛应用于变速恒频发电以及变频调速驱动控制场合，诸如风力发电，船舶轴带发电及电力推进系统、电动汽车等领域；无刷双馈电机具有常规双馈异步电机双馈发电系统的诸多优点，如功率变换器容量小，系统转换效率高等，同时又实现了馈电的无刷化，电机可靠性比有刷双馈电机高，维护周期长，具有明显的优势。

船舶供电系统的现有标准明确规定，要求其具备短时过载3倍的负载能力，以保障电力系统的供电能力；然而，无刷双馈轴带发电系统采用四象限变频控制器对无刷双馈电机进行变速恒频发电控制的传统拓扑，很难满足过载3倍的能力；除非增大四象限变流器功率器件IGBT的容量，如此则会大幅增加控制系统成本，但系统又长期运行在极轻载的工作点，严重影响系统经济性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无刷双馈轴带发电系统短时过载控制装置及控制方法，其目的在于在不增加无刷双馈轴带发电系统四象限变频控制器容量的基础上，满足船舶供电系统的现有标准关于其发电机短时过载能力需求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种无刷双馈轴带发电系统短时过载控制装置，包括三相变压器、三相可控整流器和电流传感器；

其中，三相变压器的高压侧为原边，低压侧为副边；原边用于连接无刷双馈轴带发电系统轴带发电机的功率绕组；三相可控整流器的交流输入端连接三相变压器的副边，电流传感器的电流输入端连接三相可控整流器的直流输出端；电流传感器的电流输出端用于连接无刷双馈轴带发电系统轴带发电机的控制绕组；

三相变压器用于将电网电压变压至产生直流励磁电流所需的电压；三相可控整流器用于提供连续可调的直流励磁电流；电流传感器用于实时检测励磁电流；

无刷双馈轴带发电系统本身包括无刷双馈轴带发电机，四象限变频控制器，电抗器、供电电网侧电流传感器和供电电网侧电压传感器；

无刷双馈轴带发电机包含功率绕组和控制绕组；功率绕组直接与供电电网相连接，控制绕组通过四象限变频控制器及电抗器接至供电电网；

其中，四象限变频控制器与电抗器构成控制系统，由四象限变频控制器对无刷双馈轴带发电机提供励磁，实现发电机功率绕组对电网的变速恒频恒压供电；供电电网侧电流传感器和电压传感器则用于实时检测无刷双馈轴带发电机输送至电网的负载电流值和电网电压值；

在无刷双馈轴带发电系统里，本发明提供的无刷双馈轴带发电系统短时过载控制装置，并联在无刷双馈轴带发电系统本身的控制系统两端；

当无刷双馈轴带发电系统工作在正常状态下，本发明提供的无刷双馈轴带发电系统短时过载控制装置停机，由无刷双馈轴带发电系统本身的控制系统提供电流电压的控制；当出现短时过载，则由本发明提供的无刷双馈轴带发电系统短时过载控制装置代替无刷双馈轴带发电系统本身的控制系统对发电机提供强励磁，实现发电机短时输出3倍能力过载电流的功能，满足船用发电系统短时过载需求。

优选的，三相可控整流器包括控制单元、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管和第六晶闸管；

其中，第一晶闸管与第二晶闸管串联，构成第一晶闸管组；第三晶闸管和第四晶闸管串联，构成第二晶闸管组；第五晶闸管和第六晶闸管串联，构成第三晶闸管组；

以上第一晶闸管与第二晶闸管的串联端作为三相可控整流器输入第一端；第三晶闸管与第四晶闸管的串联端作为三相可控整流器输入第二端；第五晶闸管与第六晶闸管的串联端作为三相可控整流器输入第三端；