无刷双馈发电机的背靠背变流器制造技术

技术编号:14542974 阅读:212 留言:0更新日期:2017-02-03 15:28
本实用新型专利技术公开了一种无刷双馈发电机的背靠背变流器,包括电机侧变流器、电网侧变流器、励磁控制电路、并网控制电路、储能单元、直流侧电容和Z源电路,且储能单元包括低压储能单元和高压储能单元;直流侧电容与电机侧变流器的直流母线并联并提供电压支撑和能量缓冲,直流侧电容与Z源电路串联后与电网侧变流器并联,由Z源电路为电网侧变流器提供电压支撑;低压储能单元并联在直流侧电容和Z源电路之间,高压储能单元并联在Z源电路和电网侧变流器之间。本实用新型专利技术由于采用了Z源电路,无需加入死区控制,控制简单可靠;直流电压控制与输出电流控制解耦,降低控制复杂度,提高控制精度;储能单元选取更加容易,降低成本,增加系统工作灵活性。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力电子
,具体涉及一种无刷双馈发电机的背靠背变流器
技术介绍
无刷双馈电机是具有两套定子绕组、而转子没有电刷的双馈电机,其可靠性、可维护性相比有刷双馈电机大大提高,但又具有双馈电机变速恒频恒压发电的优点,在风力发电、水力发电、船舶轴带发电等应用中具有特殊的优势。无刷双馈电机能够用低压小功率的变频器对高压大容量电机进行变频调速控制,相对传统高压感应电机全功率变频调速更加经济。定子两套绕组中承担主要功率的称为功率绕组,通常由电网供电,其频率为,极对数为;另外的小功率绕组称为励磁绕组,由变频电源供电,其频率为,极对数为。常用的反相序连接转子结构无刷双馈电机同步转速为无刷双馈发电机运行于同步转速以上时,主绕组和励磁绕组同时向电网馈电,运行于同步转速以下时,主绕组向电网馈电,励磁绕组从电网取电,因此为励磁绕组供电的必须是背靠背变流器,才能能够实现能量的双向流动。现有无刷双馈发电机的常规背靠背变流器系统结构如图1所示,其中直流侧电路采用电容器,结构简单。图1所示的背靠背变流器的控制有两部分,分别是对电机侧变流器的励磁控制和电网侧变流器的并网控制,对直流侧电容两端电压的控制也由网侧变流器完成。然而,无刷双馈发电机在运行中,为了满足励磁强度,电机侧变流器输出电流基本保持在额定电流水平上,但是由于绕组阻抗会随着励磁频率变化,故电机侧变流器输出电压幅值也会随着频率变化,并且变化范围非常大。传统的调节输出电压的方式是保持直流侧电容电压不变,调节逆变器输出电压的调制系数M实现。直流侧电压的确定由两个变流器的工作要求来共同确定,电机侧变流器需要的一般低于540V,而网侧变流器需要的通常选择700~800V的水平,综合考虑后,背靠背变流器必须选择较高的数值,这就对电机侧变流器的正常工作形成较大压力:过高的导致调制系数M过低,输出电压波形、IGBT耐压和电流容量、等效开关频率等都受到不利影响。同时,采用电容器组作为直流侧电压支撑的VSI逆变器,其上下桥臂的开关器件不能同时导通,否则会造成电容器两极短路,烧坏开关器件和电容器。为了防止上下桥臂直通,控制系统在确定开关器件的开关状态时,必须加入死区时间,必然会导致输出波形偏离控制目标,恶化补偿效果。即便加入死区,控制系统仍然必须加入对直通故障的检测、保护功能,增加了控制系统复杂度。此外,网侧变流器输出的谐波电流会造成有功功率波动,电容器漏电流、均压电阻也会造成一定的有功功率损耗,所以传统电路的直流侧电容器电压控制复杂,必须在网侧变流器输出指令电流中加入有功电流分量,才能够保证直流侧电压的稳定,致使直流电压控制与输出电流控制不能解耦,有功电流加入到指令电流中也恶化了输出电流波形。为了降低电压控制难度,直流侧电容器往往采取增大容量的办法,提高了成本。最后,为了提高直流电压稳定性、降低控制难度,直流电容倾向于选择较大容量,同时为了提高发电机控制系统的动态响应性能,尤其是突然加/减大负载时,由于发电机的机械系统时间常数较大,导致动态响应速度不能满足控制要求,发电系统的输出电压会产生大幅度波动,为了弥补机械系统的滞后,往往在直流电容两端并接储能单元,以满足动态性能要求。如果采用高电压直流母线,那么高达700~800V的高压对于大多数储能元件来说都比较高,难以搭配合适的储能系统。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种直流侧电容电压能够同时适应于电网侧变流器和电机侧变流器、储能系统容易选取、电网侧变流器控制简单且成本低廉的无刷双馈发电机的背靠背变流器。本技术提供的这种无刷双馈发电机的背靠背变流器,包括电机侧变流器、电网侧变流器、励磁控制电路、并网控制电路、储能单元和直流侧电容,其特征在于还包括Z源电路,直流侧电容与Z源电路串联后与电网侧变流器并联,由Z源电路为电网侧变流器提供电压支撑。所述储能单元包括低压储能单元和高压储能单元;低压储能单元并联在直流侧电容和Z源电路之间,高压储能单元并联在Z源电路和电网侧变流器之间。所述的Z源电路包括二极管、第一电感、第二电感和第一电容、第二电容;二极管的阳极与电机侧变流器直流母线正极连接,阴极与第一电感和第一电容正极连接;第一电感的一端与二极管连接,另一端与电网侧变流器直流母线正极和第二电容正极连接;第二电感的一端连接电机侧逆变器直流母线负极和第二电容的负极,另一端连接电网侧变流器直流母线负极和第一电感的负极。所述的电机侧变流器和电网侧变流器均为包括IGBT的变流器。所述的电机侧变流器和电网侧变流器均为VSI型三相逆变器。本技术提供的这种无刷双馈发电机的背靠背变流器,由于采用了Z源电路,在电网侧变流器的开关控制逻辑设计中无需加入死区、短时间内的直通状态也不会烧坏开关器件,能够使得控制逻辑的设计变得简单,而且控制逻辑更加可靠;电网侧变流器的直流电压控制与输出电流控制实现解耦,降低了控制复杂度、输出电流波形基本不受直流电压波动的影响,使得控制精度较高;电机侧变流器直流储能电容可以工作在较低的电压,并能够根据工作情况不断变化,降低了开关器件的应力,改善了励磁电流波形,并且更容易与储能部件接口,而电网侧变流器的等效直流电压更高,更有利于向电网馈送电能,储能单元选取更加容易;而且,直流电流侧有一高一低两个直流侧电压,在储能系统的搭配上就灵活的多,可以在两个电压水平上分别搭配不同的储能单元,降低了储能单元的成本,而且低压储能单元还能够为控制绕组提供额外的起励电源,增加系统工作灵活性和适应范围。附图说明图1为
技术介绍
的无刷双馈发电机的背靠背变流器的结构示意图。图2为本技术的无刷双馈发电机的背靠背变流器的结构示意图。图3为本技术的电网侧变流器零矢量直通状态电路示意图。图4为本技术的电网侧变流器零矢量关断状态电路示意图。具体实施方式如图2所示为本技术的无刷双馈发电机的背靠背变流器的结构示意图:无刷双馈发电机的背靠背变流器包括电机侧变流器、电网侧变流器、直流侧电容(图中标示C)、Z源电路、低压储能单元和高压储能单元,电机侧变流器连接无刷双馈发电机的励磁绕组,电网侧变流器直接连接电网;励磁控制电路与电机侧变流器连接并控制,并网控制电路与电网侧变流器连接并控制;低压储能单元为低压储能电池,并联在直流侧电容与Z源电路之间,高压储能单元为高压储能电容,并联在Z源电路和电网侧变流器之间;并网控制电路根据直流侧电容电压(亦即电机侧变流器直流母线电压)Udc、电网侧变流器的实际输出电流iP、本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种无刷双馈发电机的背靠背变流器,包括电机侧变流器、电网侧变流器、励磁控制电路、并网控制电路、储能单元和直流侧电容,其特征在于还包括Z源电路,直流侧电容与Z源电路串联后与电网侧变流器并联,由Z源电路为电网侧变流器提供电压支撑。

【技术特征摘要】
1.一种无刷双馈发电机的背靠背变流器,包括电机侧变流器、电网侧变流器、励磁控制
电路、并网控制电路、储能单元和直流侧电容,其特征在于还包括Z源电路,直流侧电容与Z
源电路串联后与电网侧变流器并联,由Z源电路为电网侧变流器提供电压支撑。
2.根据权利要求1所述的无刷双馈发电机的背靠背变流器,其特征在于所述储能单元
包括低压储能单元和高压储能单元;低压储能单元并联在直流侧电容和Z源电路之间,高压
储能单元并联在Z源电路和电网侧变流器之间。
3.根据权利要求1或2所述的无刷双馈发电机的背靠背变流器,其特征在于所述的Z源
电路包括二极管、第一电感、第二电感和第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡楷张玘郑小平
申请(专利权)人:威胜集团有限公司
类型:新型
国别省市:湖南;43

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