[发明专利]发电机全控整流系统和控制方法

说明书

本发明公开了一种发电机全控整流系统和控制方法，其中，发电机全控整流系统包括：发电机、整流单元和控制单元，发电机包括定子绕组和励磁系统，励磁系统与定子绕组配合设置，整流单元用于对发电机输出的交流电进行整流，其三相交流端直接与所述定子绕组相连，其直流侧连接负载；控制单元用于产生控制整流单元的PWM开关信号。通过本发明的技术方案，提高了发电机系统全控整流装置的轻量化与集成化，实现了发电机全控整流系统的稳定输出，既保证了发电机工作在单位功率因数状态，实现了机端输出电流正弦化，减小了电流谐波污染，提高了电能利用率，又保证了整流单元直流侧输出电压稳定且可调，增强了负载适应能力，提高了动态响应速度。

技术领域

本发明涉及发电机整流技术领域，尤其涉及一种发电机全控整流系统和一种发电机全控整流系统的控制方法。

背景技术

在许多电网电力难以到达的场合，如野外工作环境、船舶及航空场合、保障能源等，发电机供电由于其工作稳定、供电时间长、环境适应性强、便于移动等特点广泛应用于独立式供电系统。发电机多数工作于离网情况，相比于并网发电，发电机组供电容量较小，等效输出阻抗较大，当用电中有大量无功负载和电力电子器件时，会导致发电机效率降低，输出波形恶化，发电机组的电能质量一般都会低于大电网的电能质量。

整流单元作为一种交直变换器，广泛的应用在各个领域中。现有技术中，发电机整流装置一般采用二极管不控整流或晶闸管相控整流，工作稳定可靠性高，控制相对简单，但这类型的整流装置会造成谐波污染，网侧功率因数低，增加线路损耗，降低电能利用率，同时也可能造成局部谐振，产生设备故障。

随着电力电子技术的发展和功率开关器件性能的提升，PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)控制技术被引入到整流装置的控制中。PWM整流方式具有卓越的电能变换性能，实现网侧电流正弦化运行且保持与电压同相位，运行于单位功率因数，从源头上解决谐波和无功功率问题，广泛应用于有源滤波、高压直流输电、超导储能、电力传动、可再生能源并网发电等各个领域，但是，目前绝大多数PWM整流单元控制方式按照交流侧为三相电网设计或为特定发电机组设计，并不能完全适用于普通发电机系统。

发明内容

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种发电机全控整流系统及其控制方法，通过利用发电机定子侧绕组电感替代传统全控整流单元中的滤波电感，提高了发电机系统全控整流装置的轻量化与集成化，匹配了发电机的转子等效反电动势和机端输出电压与整流单元交流侧对应关系，通过实时获取发电机端电压、电流信号值和整流单元输出直流侧电压信号值，计算发电机转子实时位置，进一步生成调节交流侧电流的第一路控制指令和调节直流侧电压的第二路控制指令，调制PWM开关信号送入整流单元的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)驱动模块，实现了发电机系统全控整流系统的稳定输出，同时使发电机处于单位功率因数工作，机端输出电流正弦化，减小了电流谐波污染，提高了电能利用率，保证了整流单元直流侧输出电压稳定且可调，提高了动态响应速度。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种发电机全控整流系统，包括：发电机、整流单元和控制单元，其中，发电机包括定子绕组和励磁系统，励磁系统与定子绕组配合设置，在参考控制信号的激励下励磁系统与定子绕组实现发电；整流单元用于对发电机输出的交流电进行整流，其三相交流端直接与发电机定子绕组相连，其直流侧经滤波电容后连接负载；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，得出控制整流单元的PWM开关信号。