[发明专利]永磁体励磁有功与无功功率控制系统

说明书

永磁体励磁有功与无功功率控制系统，属于电机领域。本发明的目的是为了解决现有同步调相机可靠性低、不能调节有功功率、不能进行一次调频的问题。本申请涉及永磁体励磁有功与无功功率控制系统，该有功与无功功率控制系统采用永磁体励磁的同步电机，没有转子励磁损耗，转子结构简单，可靠性高、寿命长；利用传感器检测检测电机并网绕组的电动势，同时控制器调节控制绕组输出电流，使并网绕组电动势的相位、相序与电网对应相电压的相位、相序相同，闭合切换开关，使并网绕组与电网相连接。它用于实现有功和无功控制。

技术领域

本发明涉及永磁体励磁有功与无功功率控制系统，属于电机领域。

背景技术

随着新能源出力占比迅速提高、直流输电规模不断增大、电力电子技术广泛应用，电力系统的运行特性和机理发生深刻变化。风电的“弱转动惯量”和光伏的“零转动惯量”导致电力系统等效转动惯量大幅度降低，频率调节能力弱化，遭受大容量扰动事件下的频率失稳风险剧增。同时，机电和电磁暂态过程交织，系统稳定形态复杂，大直流送端过电压问题更为突出，多直流馈入地区的电压崩溃风险显著提高。

同步调相机可以看作为运行于空载状态的同步电动机，可以通过调整励磁电流的大小，来调整同步调相机吸收的无功功率。同步调相机过励时，能从电网吸收超前的无功电流；欠励时，则从电网吸收滞后的无功电流。

同步调相机的高、低电压穿越能力强、短时过载能力大，其调节能力基本不受系统电压影响，故障情况下具有强大瞬时无功支撑和短时过载能力，在动态无功补偿方面具有独特的优势；同时，作为空载运行的大型同步电动机，调相机还可为薄弱的特高压直流送端系统提供一定的短路容量和转动惯量支撑。

但是同步调相机存在如下缺点：

(1)转子上有励磁绕组，转子结构复杂，励磁损耗高，可靠性低；

(2)同步电抗大，瞬态特性差、过载能力弱；

(3)体积大、重量高、功率密度低；

(4)不能调节有功功率，不能进行一次调频。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有同步调相机可靠性低、不能调节有功功率、不能进行一次调频的问题。现提供永磁体励磁有功与无功功率控制系统。

永磁体励磁有功与无功功率控制系统，所述系统包括双绕组永磁同步电机、惯性飞轮、双向功率变换器、传感器、控制器和切换开关；

双绕组永磁同步电机为径向磁场或轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机包括定子结构和转子结构，定子结构和转子结构之间存在气隙；

定子结构包括定子铁心、并网绕组和控制绕组，定子铁心开槽，并网绕组和控制绕组嵌放在槽中，并网绕组和控制绕组为多相对称交流绕组；

并网绕组通过切换开关与电网对应相相连；控制绕组接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连，双绕组永磁同步电机的转子结构与惯性飞轮同轴连接；

传感器，用于检测并网绕组的电动势；

控制器，用于通过调节控制绕组输出电流，改变并网绕组的电动势，当改变后的并网绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。

优选地，永磁同步电机的定子结构包括1个定子铁心、1个并网绕组和1个控制绕组，转子结构包括2个转子；

2个转子位于定子铁心轴向两侧，2个转子机械上连接在一起；

定子铁心为圆环形，在圆环形定子铁心的轴向两个气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，并网绕组和控制绕组分别嵌放在定子铁心轴向两侧的槽内；

每个转子包括转子铁心和永磁体，2个转子上对应位置永磁体的充磁方向相同。