[发明专利]发电机全控整流系统和控制方法

权利要求书

1.一种发电机全控整流系统，其特征在于，包括：发电机、整流单元和控制单元；

所述发电机包括定子绕组和励磁系统，所述励磁系统与所述定子绕组配合设置，在参考控制信号的激励下所述励磁系统与所述定子绕组实现发电；

所述整流单元用于对发电机的输出电流进行整流，所述整流单元的三相交流端直接与所述定子绕组相连，所述整流单元的直流侧连接负载；

所述控制单元用于根据发电机输出端和整流单元输出端的电压电流信号，以及预设的参考值进行运算，得出控制所述整流单元的PWM开关信号；

所述定子绕组作为所述整流单元的滤波电感，所述定子绕组的电感值根据所述发电机和所述整流单元的参数相匹配设置；

所述整流单元的交流侧电气参数与所述发电机电气模型进行匹配设置，所述发电机与所述整流单元交流侧整合为一个整体。

2.根据权利要求1所述的发电机全控整流系统，其特征在于，所述励磁系统包括励磁机控制器、励磁机和转子绕组，所述励磁机控制器根据所述控制单元的参考控制信号产生励磁电流，所述励磁机感应所述励磁电流产生三相感应电流，所述励磁机与所述转子绕组相连接，对所述三相感应电流整流后传输到所述转子绕组，成为转子绕组的励磁电流，其中，所述参考控制信号值为发电机空载时所述励磁机的电流值，所述参考控制信号在系统工作稳定时保持不变。

3.根据权利要求2所述的发电机全控整流系统，其特征在于：上述控制单元包括转换子单元、处理子单元、运算子单元、控制子单元；

所述转换子单元用于检测所述发电机机端和所述整流单元的输出端的电压电流信号，并将检测到的电压电流信号转换为数字式的电压电流信号值；

所述处理子单元将所述电压电流信号值进行不同坐标的变换或反变换，并根据发电机输出端的电压电流信号值计算所述转子绕组的矢量位置；

所述运算子单元将电压电流信号和给定的参考控制信号进行相应的运算；

所述控制子单元根据所述运算子单元的运算结果，生成控制所述整流单元的PWM开关信号。

4.根据权利要求3所述的发电机全控整流系统，其特征在于，所述控制子单元包括电压控制器、电流控制器和脉宽调制器，所述电压控制器用于根据所述运算子单元生成的第一路控制指令生成参考电流值，所述电流控制器根据所述运算子单元生成的第二路控制指令进行解耦生成电压调制指令，所述脉宽调制器根据所述处理子单元转换后的电压调制指令生成矢量脉宽调制开关信号。

5.根据权利要求4所述的发电机全控整流系统，其特征在于：

所述处理子单元根据所述转换子单元检测到的发电机输出端的电压电流信号值，利用滑膜观测器和锁相环实时检测所述转子绕组矢量位置，并将所述发电机输出端的电流信号值变换为αβ坐标系下的电流值；

所述处理子单元还用于根据所述转子绕组的矢量位置将所述αβ坐标系下的电流值变换为dq坐标系下的电流值，以及根据所述转子绕组的矢量位置将解耦后生成的电压调制指令反变换为αβ坐标系下的电压调制指令。

6.根据权利要求5所述的发电机全控整流系统，其特征在于，所述运算子单元将所述整流单元输出端的电压与预设的整流单元直流侧电压进行求差生成所述第一路控制指令，所述运算子单元将所述参考电流值与所述dq坐标系下的发电机输出端电流值进行求差生成所述第二路控制指令。

7.根据权利要求3所述的发电机全控整流系统，其特征在于，所述转换子单元用于检测所述发电机机端的电压电流信号和整流单元直流侧的电压信号，并转换为可被所述处理子单元识别的数字信号。

8.根据权利要求1或2所述的发电机全控整流系统，其特征在于，所述发电机、整流单元、控制单元还包括相应的电压、电流检测模块，用于将所述发电机机端、所述整流单元直流侧的电压电流信号按一定比例缩小后送入所述控制单元的转换子单元；

所述发电机全控整流系统还包括储能电容和软启动继电器，所述储能电容串联于所述整流单元直流侧，并与负载相连；

所述软启动继电器用于防止所述发电机全控整流系统启动时所述发电机机端电压对所述整流单元造成过大电压冲击。

9.一种如权利要求1所述的发电机全控整流系统的控制方法，其特征在于，包括：

检测发电机的输出端和整流单元的输出端的电压电流信号，并对所述电压电流信号转换为数字式的电压电流信号值；

根据所述发电机输出端的电压电流信号值计算转子绕组的矢量位置以及dq坐标系下的发电机输出端电流值；

根据所述整流单元的输出端电压电流信号值与预设的参考值生成第一路控制指令；

根据所述第一路控制指令生成参考电流值，并与所述dq坐标系下的发电机输出端电流值求差生成第二路控制指令；

根据给定的参考值对所述第二路控制指令进行补偿和解耦，生成电压调制指令；

根据所述转子绕组的矢量位置和所述电压调制指令进行空间电压矢量调制，生成矢量脉宽调制开关信号，控制所述整流单元中开关器件的开启关断；

其中，所述根据所述发电机输出端的电压电流信号值计算所述转子绕组的矢量位置以及dq坐标系下的发电机输出端电流值具体包括：

对所述发电机输出端的电压电流信号值通过滑模观测器进行观测；

根据观测值和实时的电压电流信号值计算得出所述转子绕组的等效反电动势在αβ坐标系下的分量；

通过锁相环对所述转子绕组的反电动势在αβ坐标系下的分量进行相应计算得到转子绕组的矢量位置；

根据所述转子绕组的矢量位置将αβ坐标系下的发电机输出端的电流值变换为dq坐标系下的电流值。