[发明专利]一种无刷双馈发电机抗负载扰动控制装置及方法

说明书

本发明提供了一种无刷双馈发电机抗负载扰动控制装置及方法，属于无刷双馈感应发电机控制领域，控制装置包括机侧变流器控制模块，机侧变流器控制模块与无刷双馈发电机的绕组连接；用于基于功率绕组电压的幅值和频率值的控制以及控制绕组电流的d轴和q轴分量的前馈补偿，获取控制机侧变流器的PWM脉冲调制信号。控制装置还包括网侧变流器控制模块；网侧变流器控制模块与无刷双馈发电机的功率绕组连接；用于控制直流母线电压值的大小、并控制网侧电流器的交流侧电流对负载的无功电流进行补偿。本发明提高了负载扰动时的功率绕组电压抗扰能力。同时避免了因功率绕组无功电流导致的功率绕组电压跌落以及损耗增加的问题。

技术领域

本发明属于无刷双馈感应发电机控制领域，更具体地，涉及一种无刷双馈发电机抗负载扰动控制装置及方法。

背景技术

无刷双馈感应发电机是一种新型交流感应电机含有两套不同极对数的定子绕组，其转子经过特殊设计，能使两套定子绕组所产生的不同极对数的旋转磁场间接相互作用，从而实现能量传递。无刷双馈电机的两套定子绕组分别称为功率绕组(power winding)和控制绕组(control winding)，与有刷双馈感应发电机相比，它取消了电刷和滑环，具有结构简单且可靠性高的优点。

无刷双馈感应发电机可实现变速恒频发电，并且结构简单可靠，使得无刷双馈感应发电机在风力发电、独立船舶轴带发电领域具有显著的应用优势。通常风力发电机在运行时与电网相连，风力发电系统的控制目标是调节有功功率与无功功率。然而，当无刷双馈感应发电机作为独立发电系统时，独立发电系统不与电网相连，需要对无刷双馈感应发电机的输出电压进行直接控制，使得发电机的转速或用电负载变化时其输出电压的幅值和频率保持恒定。

传统的无刷双馈感应发电机为独立发电系统时控制方法中大多存在以下问题：

(1)在负载发生大幅扰动时，其功率绕组电压幅值会发生较大波动；

(2)在负载功率因数较低，会从功率绕组吸收较大的无功电流，容易导致功率绕组电压幅值跌落以及损耗增加。

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发电机抗负载扰动控制装置及方法，目的在于，通过对控制绕组电流的d轴和q轴分量的前馈补偿，提升无刷双馈发电机响应速度，进而提高负载扰动时功率绕组电压抗扰能力。

为实现上述目的，本发明提供了一种无刷双馈发电机抗负载扰动控制装置，包括机侧变流器控制模块；

机侧变流器控制模块与无刷双馈发电机的绕组连接；

机侧变流器控制模块用于基于功率绕组电压的幅值和频率值的控制以及控制绕组电流的d轴和q轴分量的前馈补偿，获取控制机侧变流器的PWM脉冲调制信号；

其中，基于功率绕组电压d轴分量参考值、功率绕组电压q轴分量参考值与功率绕组三相电压反馈值，采用坐标变换、求和运算和比例积分运算，对功率绕组电压的幅值和频率值进行控制；

利用控制绕组三相电流反馈值，采用比例运算，对控制绕组电流的d轴和q轴分量进行前馈补偿。

优选地，无刷双馈发电机抗负载扰动控制装置还包括网侧变流器控制模块；网侧变流器控制模块与无刷双馈发电机的功率绕组连接；

网侧变流器控制模块用于基于网侧变流器三相电流反馈值、功率绕组三相电流反馈值、功率绕组电压幅值、网侧变流器输出电流、直流母线电压反馈值和直流母线电压参考值，利用加法运算、比例积分运算和比例运算，获取控制网侧变流器的PWM脉冲调制信号。

优选地，机侧变流器控制模块包括：