[发明专利]一种双馈异步发电机组的准最优控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种双馈异步发电机组的准最优控制方法及系统。所述系统包括原动机、双馈异步发电机、双馈变流器和功率控制装置；原动机驱动双馈异步发电机旋转，双馈变流器根据双馈异步发电机的转速，输出不同频率、相序、大小及相位的励磁电流到双馈异步发电机的转子绕组，实现双馈异步发电机的变速恒频运行；功率控制装置用于调整输入到原动机的机械功率，使双馈异步发电机的转速随输入的机械功率的变化而变化，实现双馈异步发电机组的准最优控制。本发明技术手段简便易行，虽然不能使双馈异步发电机组时刻运行在最优转速，但却可降低常规双馈变流器在同步转速附近运行时所需的备用容量，提高变流器的运行稳定性与可靠性。

技术领域

本发明涉及双馈异步发电机的运行控制和电力电子领域，尤其涉及一种双馈异步发电机组的准最优控制方法及系统。

背景技术

双馈式异步发电机向电网输出的功率由两部分组成，即直接从定子输出的功率和通过变频器经转子与电网交换的功率。双馈异步发电机的转速允许随着原动机的工作状态而变化。当发电机的转速低于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁，给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应反电动势反方向，转差率减小，定子向电网馈送电功率，而变流器向转子绕组输入功率；当发电机的转速高于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于超同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相反的励磁电流，此时变频器向发电机转子提供负相序励磁，以加大转差率，变频器从转子绕组吸收功率；当发电机的转速等于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于同步转速运行，变流器应向转子提供直流励磁。当双馈变流器中的机侧变流器以DC-AC的交流逆变方式运行时，若双馈异步发电机工作在同步转速附近，由于机侧变流器输出的电流频率很低，导致机侧变流器中的功率电子器件(如IGBT)需要很大的裕量，否则很容易使功率电子器件损坏，而导致机组故障。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种双馈异步发电机组的准最优控制方法及系统。通过将原动机的运行状态分区，在亚同步和超同步状态时，以双馈异步发电的方式运行，机侧变流器工作于DC-AC的模式；扩大同步发电的区间，使发电机以同步发电的方式运行，机侧变流器工作于DC-DC的模式，进而极大地降低双馈变流器的裕量，提高双馈变流器的可靠性与稳定性。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种双馈异步发电机组的准最优控制系统，其特征在于，包括原动机、双馈异步发电机、双馈变流器和功率控制装置；

原动机为机械能量转化装置，用于驱动双馈异步发电机旋转，双馈变流器根据双馈异步发电机的转速，输出不同频率、相序、大小及相位的励磁电流到双馈异步发电机的转子绕组，实现双馈异步发电机的变速恒频运行；功率控制装置用于调整输入到原动机的机械功率，使双馈异步发电机的转速随输入的机械功率的变化而变化，进而调整双馈异步发电机、双馈变流器的运行状态，实现双馈异步发电机组的准最优控制。

进一步地，双馈异步发电机在原动机的驱动下旋转，双馈异步发电机的转速由原动机输入的驱动转矩和双馈变流器输出的制动转矩共同控制。

进一步地，双馈变流器包括网侧变流器、直流母线及机侧变流器，构成交-直-交的结构。

进一步地，调整双馈异步发电机、双馈变流器的运行状态，具体如下：

将双馈异步发电机的运行状态分区，双馈异步发电机处于在亚同步和超同步状态时，以双馈异步发电的方式运行，机侧变流器工作于DC-AC的模式；

扩大双馈异步发电机处于同步发电状态的运行区间，使双馈异步发电机以同步发电的方式运行，机侧变流器工作于DC-DC的模式，向双馈异步发电机的转子绕组提供直流励磁电流。