[发明专利]一种鼠笼异步发电机离网运行的控制系统及方法

说明书

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种鼠笼异步发电机离网运行的控制系统及方法，包括机侧变换器、网侧变换器、半桥双向DC‑DC变换器和控制单元，机侧变换器的交流侧与鼠笼异步发电机三相电枢绕组连接，机侧变换器的直流侧通过直流母线与网侧变换器的直流侧连接，网侧变换器的交流侧通过滤波器与三相交流负载连接，直流母线上并联有电容；半桥双向DC‑DC变换器的高压侧并联在直流电压母线上，低压侧通过储能电感连接蓄电池组，控制单元用于控制整个系统的运行。本发明提出的一种鼠笼异步发电机离网运行的控制系统及方法，解决了现有的励磁系统不能满足鼠笼异步发电机在不同工况下对励磁电流的需求的问题。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种鼠笼异步发电机离网运行的控制系统及方法。

背景技术

鼠笼异步发电机因其造价便宜，结构简单坚固，制造成熟，在实际生产中常作为电动机得到广泛应用。随着电力电子技术的迅速发展，鼠笼异步发电机在新能源发电系统中得到越来越多的关注，尤其是在没有电网的特殊情况下，双馈异步电机显然不合适，同步电机及永磁电机造价昂贵，鼠笼异步发电机显示了其它电机所无法取代的优越性，拓展了分布式发电的新领域和新途径。目前，在以斯特林发电系统和风力发电系统中，鼠笼异步发电机应用较多，而尤其是斯特林发电系统。

鼠笼异步发电机首先没有单独的励磁系统，其次，根据电机可逆原理，当转子转速高于其同步转速时，将运行在发电状态下。鼠笼异步发电机直接并网运行，若转子上施加动力转矩，转速将超过同步转速，电机从电网上吸收无功建立磁场，向电网输送有功，而如果在偏远地区或军用船舶等没有电网的应用场所，鼠笼异步发电机就没有励磁来源，即离网运行。常见的方法是定子直接外加励磁电容，电容大小必须随着电机运行工况变化及时调整和改变，以适应电机某种工况下对励磁电流的需求，稳定机端电压大小和频率变化，这样就使得异步发电机运行非常机械，操作上带来很多不便。

发明内容

本发明提出一种鼠笼异步发电机离网运行的控制系统及方法，以解决现有的励磁系统不能满足鼠笼异步发电机在不同工况下对励磁电流的需求的问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种鼠笼异步发电机离网运行的控制系统及方法。

一方面，本申请提供一种鼠笼异步发电机离网运行的控制系统，包括机侧变换器、网侧变换器、半桥双向DC-DC变换器和控制单元，其中：

所述机侧变换器的交流侧与鼠笼异步发电机的三相电枢绕组连接，所述机侧变换器的直流侧通过直流母线与所述网侧变换器的直流侧连接，所述网侧换器的交流侧通过滤波器与三相交流负载连接，所述直流母线上并联有电容；

所述半桥双向DC-DC变换器的高压侧并联在直流电压母线上，低压侧通过储能电感连接蓄电池组；

所述控制单元用于控制整个系统的运行。

优选的是，控制单元包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，所述第一控制模块采用转子磁链定向矢量控制方式控制所述机侧变换器实现鼠笼异步发电机启动以及鼠笼异步发电机的转矩和转速的调节；第二控制模块采用电网电压定向矢量控制方式控制所述网侧变换器实现直流母线电压、输出功率以及功率因数的调节；第三控制模块采用电压外环与电流内环控制方式控制所述半桥双向DC-DC变换器实现蓄电池组充放电的调整。

优选的是，所述机侧变换器和网侧变换器均采用三相全桥IGBT器件组成。

另一方面，本发明还提供一种鼠笼异步发电机离网运行的控制方法，利用一种鼠笼异步发电机离网运行的控制系统，包括以下步骤：

S1：在控制单元接收到启动信号时，控制半桥双向DC-DC变换器使蓄电池组向电容充电；其次控制所述机侧变换器通过直流母线电容向鼠笼异步发电机提供无功励磁电流和启动转矩电流，驱动鼠笼异步发电机启动，此时所述机侧变换器工作在逆变状态；