一种非线性负载下独立无刷双馈发电机的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非线性负载下独立无刷双馈感应发电机的控制系统，包括用于抑制PW电压7次谐波的MSC控制子系统和用于抑制PW电压5次谐波的LSC控制子系统。MSC控制子系统包括PW电压幅值控制模块、PW电压7次谐波控制模块、CW电流变换模块、CW电流控制模块CW电压变换模块、CW相位计算模块和第一SVPWM发生器；LSC控制子系统包括直流母线电压控制模块、PW电压5次谐波控制模块、LSC侧电流控制模块LSC侧电流变换模块、LSC侧电压变换模块、PW电压提取模块和第二SVPWM发生器。通过将功率绕组电压5次和7次谐波分别转化为控制绕组电流5次和7次谐波信号，分别送入LSC侧和CW电流控制模块，产生LSC侧和控制绕组电压参考值，抑制功率绕组电压5次和7次谐波分量。

【技术实现步骤摘要】
一种非线性负载下独立无刷双馈发电机的控制系统
本专利技术属于无刷双馈感应发电机控制
，具体涉及一种非线性负载下独立无刷双馈发电机的控制系统。
技术介绍
无刷双馈感应发电机是一种新型交流多端口感应发电机。它包含了两套极对数不同的定子绕组和一个用来耦合定子侧不同极对数旋转磁场的特殊设计转子。这两套定子绕组根据传递能量大小分别称为功率绕组(powerwinding，以下简称PW)和控制绕组(controlwinding，以下简称CW)。与传统的有刷双馈感应发电机相比，无刷双馈感应发电机取消了电刷和滑环并且凭借其高可靠性等特点在船舶轴带发电、风力发电、水力发电等领域具有显著的应用优势。无刷双馈感应发电机在船舶轴带发电等场合应用时长期处于独立发电状态。此时需要对发电机的输出电压进行控制，保证在电机转速和负载变化时发电机输出电压的幅值和频率的恒定。在实际应用中，船舶用电负荷除了线性负载还包含大量非线性负载，例如不控整流器，晶闸管整流器，二象限变频器等。非线性负载的接入会产生非线性电流，导致无刷双馈感应发电机的输出电压出现畸变，发电电压质量下降，从而给整个发电系统带来不利影响，主要有以下几个方面的问题：(1)输出电压发生畸变，包含丰富的奇数次谐波电压，其频率为基波频率的6n±1倍；(2)畸变的谐波电压会对连接到发电系统的其他正常负载产生额外的谐波损耗，降低效率，甚至会影响设备正常工作以及损耗设备寿命；(3)电机会产生谐波转矩，振动和噪音加大，减低电机转轴的寿命；因此，为了改善独立无刷双馈感应发电机带非线性负载运行的电压质量，有必要设计出一种非线性负载条件下独立无刷双馈感应发电机谐波抑制方法。
技术实现思路
作为本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种非线性负载下独立无刷双馈发电机控制系统，目的在于抑制非线性负载引起的七次谐波电压，提高无刷双馈感应发电机发电电压质量，以实现独立无刷双馈感应发电机系统在不控整流器，晶闸管整流器，二象限变频器等各种非线性负载工况下正常运行。为实现上述目的，本专利技术提供一种非线性负载下独立无刷双馈发电机控制系统，包括：MSC控制子系统，MSC控制子系统用于抑制PW电压的7次谐波；MSC控制子系统包括：PW电压幅值控制模块，用于根据PW电压基波分量幅值参考值和PW电压基波分量幅值up输出dq坐标系中CW电流基波d轴分量参考值PW电压7次谐波控制模块，用于根据dq7坐标系中PW电压7次谐波的d轴分量和q轴分量输出dq7坐标系中CW电流7次谐波d轴分量参考值和q轴分量参考值CW相位计算模块，用于根据PW电压频率参考值和转子机械位置θr输出CW相位参考值CW电流变换模块，其第一输入端同CW相位计算模块的输出端连接，其第二输入端用于同发电机控制绕组连接，用于将abc坐标系下CW电流变换为dq坐标系下CW电流；CW电流控制模块，其第一输入端同PW电压幅值控制模块的输出端连接，其第二输入端同PW电压7次谐波控制模块的输出端连接，其第三输入端同CW电流变换模块的输出端连接，用于根据CW电流基波d轴分量参考值CW电流7次谐波d轴分量参考值和q轴分量参考值及CW电流d轴分量icd和q轴分量icq输出CW电压d轴分量参考值和q轴分量参考值CW电压变换模块，其第一输入端同CW电流控制模块的输出端连接，其第二输入端同CW相位计算模块的输出端连接，用于将dq坐标系下CW电压参考值变换为两相静止坐标系下CW电压参考值；以及第一SVPWM发生器，其输入端同CW电压变换模块的输出端连接，用于两相静止坐标系下CW电压参考值生成PWM信号送至MSC。优选地，PW电压7次谐波控制模块包括：第三加法器，用于对dq7坐标系中PW电压7次谐波d轴分量和参考值进行叠加处理；第三PI控制器，其输入端同第三加法器的输出端连接，用于对叠加处理结果进行PI控制输出dq7坐标系中CW电流7次谐波d轴分量参考值第四加法器，用于对dq7坐标系中PW电压7次谐波q轴分量和参考值进行叠加处理；第四PI控制器，其输入端同第四加法器的输出端连接，用于对叠加处理结果进行PI控制；第一乘法器，其输入端同第四PI控制器的输出端连接，用于对PI控制结果进行乘法操作输出dq7坐标系中CW电流7次谐波q轴分量参考值以及第一坐标变换器，其第一输入端同第三PI控制器的输出端连接，其第二输入端同第一乘法器的输出端连接，其第三输入端用于接收PW电压基波分量相位，用于将dq7坐标系中CW电流7次谐波参考值变换为dq坐标系中CW电流7次谐波参考值。优选地，CW电流控制模块包括：第五加法器，其第一输入端作为CW电流控制模块的第一输入端，其第二输入端作为CW电流控制模块的第二输入端的d轴分量端口，其第三输入端作为CW电流控制模块第三输入端的d轴分量端口，用于将CW电流基波d轴分量参考值CW电流7次谐波d轴分量参考值和CW电流d轴分量icd进行叠加处理；第一PIR控制器，其输入端同第五加法器的输出端连接，用于对叠加结果进行比例、积分及谐振操作输出CW电压d轴分量参考值第六加法器，其第一输入端作为CW电流控制模块的第二输入端的q轴分量端口，其第二输入端作为CW电流控制模块的第三输入端的q轴分量端口，用于对CW电流7次谐波q轴分量参考值和CW电流q轴分量icq进行叠加处理；第二PIR控制器，其输入端同第六加法器的输出端连接，用于对叠加结果进行比例、积分及谐振操作输出CW电压q轴分量参考值作为本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种非线性负载下独立无刷双馈发电机控制系统，目的在于抑制非线性负载引起的五次谐波电压和七次谐波电压，提高无刷双馈感应发电机发电电压质量，以实现独立无刷双馈感应发电机系统在不控整流器，晶闸管整流器，二象限变频器等各种非线性负载工况下正常运行。为实现上述目的，本专利技术提供一种非线性负载下独立无刷双馈发电机控制系统，控制系统还包括LSC控制子系统，LSC控制子系统用于抑制PW电压5次谐波；LSC控制子系统包括：直流母线电压控制模块，用于根据将直流母线电压参考值和直流母线电压Udc输出LSC侧电流基波d轴分量参考值PW电压5次谐波控制模块，用于根据dq5坐标系中PW电压5次谐波d轴分量和q轴分量输出dq坐标系中LSC侧电流5次谐波d轴分量参考值和q轴分量参考值LSC侧电流变换模块，其第一输入端用于同功率绕组连接，其第二输入端用于接收PW电压基波分量相位，用于将abc坐标系下LSC侧电流变换为dq坐标系下LSC侧电流；LSC侧电流控制模块，其第一输入端同直流母线电压控制模块输出端连接，其第二输入端同PW电压5次谐波控制模块的输出端连接，其第三输入端同LSC侧电流变换模块的输出端连接，用于根据LSC侧基波电流d轴分量参考值LSC侧电流5次谐波d轴分量参考值和q轴分量参考值LSC侧电流d轴分量iLq和q轴分量输出的LSC侧电压d轴分量参考值和q轴分量参考值LSC侧电压变换模块，其第一输入端同LSC侧电流控制模块的输出端连接，其第二输入端用于接收PW电压基波分量相位，用于将dq坐标系下LSC侧电压参考值变换为两相静止坐标系下LSC侧电压参考值；以及第二SVPWM发生器，其输入端同LSC侧电压变换模块的输出端连接，用于根据两相静止坐标系下LSC侧电压参考值生成PWM信号送至LSC。优选地，PW电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非线性负载下独立无刷双馈感应发电机的控制系统，其特征在于，控制系统包括MSC控制子系统，MSC控制子系统用于抑制PW电压的7次谐波；MSC控制子系统包括：PW电压幅值控制模块，用于根据PW电压基波分量幅值参考值

【技术特征摘要】
1.一种非线性负载下独立无刷双馈感应发电机的控制系统，其特征在于，控制系统包括MSC控制子系统，MSC控制子系统用于抑制PW电压的7次谐波；MSC控制子系统包括：PW电压幅值控制模块，用于根据PW电压基波分量幅值参考值和PW电压基波分量幅值up输出dq坐标系中CW电流基波d轴分量参考值PW电压7次谐波控制模块，用于根据dq7坐标系中PW电压7次谐波的d轴分量和q轴分量输出dq7坐标系中CW电流7次谐波d轴分量参考值和q轴分量参考值CW相位计算模块，用于根据PW电压频率参考值和转子机械位置θr输出CW相位参考值CW电流变换模块，其第一输入端同CW相位计算模块的输出端连接，其第二输入端用于同发电机控制绕组连接，用于将abc坐标系下CW电流变换为dq坐标系下CW电流；CW电流控制模块，其第一输入端同PW电压幅值控制模块的输出端连接，其第二输入端同PW电压7次谐波控制模块的输出端连接，其第三输入端同CW电流变换模块的输出端连接，用于根据CW电流基波d轴分量参考值CW电流7次谐波d轴分量参考值和q轴分量参考值及CW电流d轴分量icd和q轴分量icq输出CW电压d轴分量参考值和q轴分量参考值CW电压变换模块，其第一输入端同CW电流控制模块的输出端连接，其第二输入端同CW相位计算模块的输出端连接，用于将dq坐标系下CW电压参考值变换为两相静止坐标系下CW电压参考值；以及第一SVPWM发生器，其输入端同CW电压变换模块的输出端连接，用于两相静止坐标系下CW电压参考值生成PWM信号送至MSC。2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述PW电压7次谐波控制模块包括：第三加法器，用于对dq7坐标系中PW电压7次谐波d轴分量和参考值进行叠加处理；第三PI控制器，其输入端同第三加法器的输出端连接，用于对叠加处理结果进行PI控制输出dq7坐标系中CW电流7次谐波d轴分量参考值第四加法器，用于对dq7坐标系中PW电压7次谐波q轴分量和参考值进行叠加处理；第四PI控制器，其输入端同第四加法器的输出端连接，用于对叠加处理结果进行PI控制；第一乘法器，其输入端同第四PI控制器的输出端连接，用于对PI控制结果进行乘法操作输出dq7坐标系中CW电流7次谐波q轴分量参考值以及第一坐标变换器，其第一输入端同第三PI控制器的输出端连接，其第二输入端同第一乘法器的输出端连接，其第三输入端用于接收PW电压基波分量相位，用于将dq7坐标系中CW电流7次谐波参考值变换为dq坐标系中CW电流7次谐波参考值。3.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述CW电流控制模块包括：第五加法器，其第一输入端作为CW电流控制模块的第一输入端，其第二输入端作为CW电流控制模块的第二输入端的d轴分量端口，其第三输入端作为CW电流控制模块第三输入端的d轴分量端口，用于将CW电流基波d轴分量参考值CW电流7次谐波d轴分量参考值和CW电流d轴分量icd进行叠加处理；第一PIR控制器，其输入端同第五加法器的输出端连接，用于对叠加结果进行比例、积分及谐振操作输出CW电压d轴分量参考值第六加法器，其第一输入端作为CW电流控制模块的第二输入端的q轴分量端口，其第二输入端作为CW电流控制模块的第三输入端的q轴分量端口，用于对CW电流7次谐波q轴分量参考值和CW电流q轴分量icq进行叠加处理；第二PIR控制器，其输入端同第六加法器的输出端连接，用于对叠加结果进行比例、积分及谐振操作输出CW电压q轴分量参考值4.如权利要求1至3任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括LSC控制子系统，LSC控制子系统用于抑制PW电压5次谐波；LSC控制子系统包括：直流母线电压控制模块，用于根据将直流母线电压参考值和直流母线电压Udc输出LSC侧电流基波d轴分量参考值PW电压5次谐波控制模块，用于根据dq5坐标系中PW电压5次谐波d轴分量和q轴分量输出dq坐标系中LSC侧电流5次谐波d轴分量参考值和q轴分量参考值LSC侧电流变换模块，其第一输入端用于同功率绕组连接，其第二输入端用于接收PW电压基波分量相位，用于将abc坐标系下LSC侧电流变换为dq坐标系下LSC侧电流；LSC侧电流控制模块，其第一输入端同直流母线电压控制模块输出端连接，其第二输入端同PW电压5次谐波控制模块的输出端连接，其第三输入端同LSC侧电流变换模块的输出端连接，用于根据LSC侧基波电流d轴分量参考值LSC侧电流5次谐波d轴分量参考值和q轴分量参考值LSC侧电流d轴分量iLq和q轴分量输出的LSC侧电压d轴分量参考值和q轴分量参考值LSC侧电压变换模块，其第一输入端同LSC侧电流控制模块的输出端连接，其第二输入端用于接收PW电压基波分量相位，用于将dq坐标系下LSC侧电压参考值变换为两相静止坐标系下LSC侧电压参考值；以及第二SVPWM发生器，其输入端同LSC侧电压变换模块的输出端连接，用于根据两相静止坐标系下LSC侧电压参考值生成PWM信号送至LSC。5.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述PW电压5次谐波控制模块包括：第七加法器，用于将dq5坐标系中PW电压5次谐波d轴分量和参考值进行叠加处理；第五PI控制器，其输入端同第七加法器的输出端连接，用于对叠加结果进行PI控制；第二乘法器，其输入端同第五PI控制器的输出端连接，用于对PI控制结果进行乘法操作输出dq5坐标系中LSC侧电流5次谐波d轴分量参考值第八加法器，用于将dq5坐标系中PW电压5次谐波q轴分量和参考值进行叠加处理；第六PI控制器，其输入端同第八加法器的输出端连接，用于对叠加结果进行PI控制；第三乘法器，其输入端同第六PI控制器的输出端连接，用于对PI控制结果进行乘法操作输出dq5坐标系中LSC侧电流5次谐波q轴分量参考值第二坐标变换器，其第一输入端同第二乘法器的输出端连接，其第二输入端同第三乘法器的输出端连接，用于将dq5坐标系中LSC侧电流5次谐波参考值转换为dq坐标系中LSC侧电流5次谐波参考值。6.如权利要求4或5所述的控制系统，其特征在于，所述LSC侧电流控制模块包括：第九加法器，其第一输入端作为LSC侧电流控制模块的第一输入端，其第二输入端作为LSC侧电流控制模块的第二输入端的d轴分量端口，其第三输入端作为LSC侧电流控制模块的第三输入端的d轴分量端口，用于对LSC侧电流基波d轴分量参考值LSC侧电流5次谐波d轴分量参考值和LSC侧电流d轴分量iLd进行叠加处理；第三PIR控制器，其输入端与第九加法器的输出端连接，用于对叠加处理结果进行比例、积分及谐振操作输出LSC侧电压d轴分量参考值第十加法器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，余开亮，刘毅，高建平，董定昊，叶才勇，熊飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42