双馈电机变频调速系统的直流母线电流控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双馈电机变频调速系统的直流母线电流控制系统，具有较高的稳态性能，并且在不改变电网功率因数的条件下降低系统的直流电流，从而增加系统寿命。该系统包括机侧变流器，网侧变流器，机侧滤波器，网侧滤波器以及直流电感器。机侧滤波器连接在双馈电机的控制绕组和机侧变流器之间，网侧滤波器连接在三相交流电源与网侧变流器之间，机侧变流器与网侧变流器相连接并且直流电感器连接在机侧变流器的机侧发射极与网侧变流器的网侧集电极之间；而且，双馈电机的功率绕组被接入三相交流电源。该方法包括双馈电机的控制绕组提供励磁使得所述机侧电流降低并且所述网侧电流增大，所述控制器控制所述机侧电流等于所述网侧电流。

DC Bus Current Control System of Double-fed Motor Frequency Conversion Speed Regulation System

The invention discloses a DC bus current control system of a doubly fed motor variable frequency speed regulating system, which has high steady-state performance and reduces the DC current of the system without changing the power factor of the power grid, thereby increasing the service life of the system. The system includes machine-side converter, network-side converter, machine-side filter, network-side filter and DC inductor. The machine-side filter is connected between the control winding and the machine-side converter of the doubly-fed machine, the net-side filter is connected between the three-phase AC power supply and the grid-side converter, the machine-side converter is connected with the grid-side converter, and the DC inductor is connected between the emitter of the machine-side converter and the collector of the grid-side converter; moreover, the power winding of the doubly-fed machine is connected to the three-phase. AC power supply. The method includes that the control winding of the doubly fed machine provides excitation to reduce the machine side current and increase the network side current, and the controller controls the machine side current equal to the network side current.

【技术实现步骤摘要】
双馈电机变频调速系统的直流母线电流控制系统
本专利技术涉及异步电机，特别涉及一种基于电流源变流器的双馈电机变频调速系统的直流母线电流控制系统。
技术介绍
目前市场上的双馈电机变频调速系统使用的变流器多为晶闸管变流器或者电压PWM变流器，但是这种变流器的电路拓扑结构存在局限性，这种局限性表现在：不易实现多个变流器的并联，从而变流器的总容量受限；短路保护不灵敏；和电压穿越能力欠佳。电流源变流器包括并联的RB-IGBT开关器结构，逆阻型开关器RB-IGBT本身具有较高的开关频率，从而这种电流源变流器具有较小的感抗和容抗，能实现更快的动态响应。因此，对于采用电流源变流器的双馈电机变频调速系统，由于电流源变流器自身的结构特性，还希望提出一种能够有效增加该系统稳态特性、增加系统寿命的有效控制方法。
技术实现思路
在本专利技术中，本专利技术提供了一种基于电流源变流器的双馈电机变频调速系统的直流母线电流控制系统，通过控制电机定子与网侧变流器交流侧之间的无功环流，令双馈电机的定子绕组提供一部分励磁，使得所述机侧电流降低并且所述网侧电流增大，从而将该系统的直流母线电流将至最小值，以减小系统损耗。为了达到上述目的，提供一种双馈电机变频调速系统的直流母线优化控制方法，所述双馈电机变频调速系统包括：双馈电机以及与所述双馈电机的转子相连的机械负载；机侧变流器，与所述双馈电机的控制绕组相连；机侧滤波器，连接在所述机侧变流器的交流侧端口并且位于所述双馈电机的与所述机侧变流器之间；网侧变流器，与所述机侧变流器相连并且接入交流电网；网侧滤波器，连接在所述网侧变流器的交流侧端口并且位于所述交流电网与所述网侧变流器之间；直流电感器，连接在所述机侧滤波器与所述网侧滤波器之间；所述双馈电机的功率绕组直接接入所述交流电网；控制器，其输入量为系统测量单元得到的电气信号，通过本专利提出的控制算法，输出机侧变流器和网侧变流器所需的PWM驱动信号，用于控制所述机侧变流器的机侧电流与所述网侧变流器的网侧电流，机侧变流器和网侧变流器均是电流源型变流器。本专利提供了一种基于电流源变流器的双馈电机变频调速系统的直流母线电流控制系统，通过控制电机定子与网侧变流器交流侧之间的无功环流，令双馈电机的定子绕组提供一部分励磁，使得所述机侧电流降低并且所述网侧电流增大，从而将该系统的直流母线电流将至最小值，以减小系统损耗。优选的，所述机侧变流器使用定子磁链定向的矢量控制方法，用于实现对定子有功和无功的解耦控制。优选的，所述网侧变流器使用电网电压定向的矢量控制方法，用于维持直流电流恒定。优选的，所述系统还包括直流母线优化控制模块，所述直流母线优化控制模块根据Idc_ref_gsc＝Idc_ref_rsc控制所述系统的直流电流，其中Idc_ref_rsc为所述网侧变流器的直流电流参考值，Idc_ref_gsc为所述机侧变流器的直流电流的参考值。优选的，所述系统不包括三相交流电源，所述双馈电机的功率绕组、所述网侧变流器与一负载相连。优选的，所述系统还包括：撬棍装置，所述撬棍装置被连接于所述双馈电机的控制绕组和所述机侧滤波器之间；斩波器装置，所述斩波器装置与所述直流电感器相并联；并网接触器，所述并网接触器被接在所述变压器与所述双馈电机的功率绕组之间，用于接通和断开所述双馈电机与所述三相交流电源的连接。优选的，所述网侧变流器还用于向所述三相交流电源提供无功功率。优选的，所述双馈电机变频调速系统的电网功率因数保持恒定。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为本专利技术的一个实施例中的基于电流源变流器的双馈电机变频调速系统的拓扑结构示意图。图2为本专利技术的另一实施例中的基于电流源变流器的双馈风力发电系统的拓扑结构示意图。图3为本专利技术的一个实施例中的机侧变流器的逻辑控制框图。图4为本专利技术的一个实施例中的网侧变流器的逻辑控制框图。图5a、图5b分别为2MW双馈风机典型功率曲线和转速曲线示意图。图6为本专利技术的一个实施例中的双馈电机超同步、同步和次同步工作点下的定子补偿无功功率与风速的关系图。图7为本专利技术的一个实施例中的双馈电机超同步、同步和次同步工作点下的定子补偿无功前后的直流电流与风速的关系图。图8a、图8b为本专利技术的一个实施例中的双馈电机超同步、同步和次同步工作点下的双馈电机的直流电流和转矩波形图。图9a、图9b为本专利技术的一个实施例中的工作点变化时，系统的电网电压和电网电流的波形图。图10a、图10b为本专利技术的一个实施例中的工作点变化时，双馈电机定子电压和定子电流的波形图。图11a、图11b为本专利技术的一个实施例中的工作点变化时，网侧变流器电压和电流的波形图。具体实施方式本专利技术人经过广泛而深入的研究，首次开发了一种基于电流源变流器的双馈电机变频调速系统，机侧变流器和网侧变流器采用PWM电流源型变流器。术语如本文所用，术语“解耦控制”指采用某种结构，寻找合适的控制规律来消除系统中各控制回路之间的相互耦合关系，使每一个输入只控制相应的一个输出，每一个输出又只受到一个控制的作用。如本文所用，术语“功率因数”指交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ＝P/S。基于电流源变流器的双馈电机变频调速系统本专利技术相对于常规的基于电压源变流器的双馈系统而言，主要优点包括：(a)当双馈电机的工作状态变化时(例如，从超同步工作点转为同步)时，电流源变流器动态响应快，极大地缩短了系统电压、电流保持稳态的过渡时间；(b)由于电流源变流器自身的电路结构，因此具有较强的短路保护能力，并且容易实现多个变流器的并联。下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。实施例1在本专利技术提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本专利技术的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术提供了一种基于电流源变流器的双馈电机变频调速系统。图1为本专利技术的一个实施例中的基于电流源变流器的双馈电机变频调速系统100的拓扑结构示意图。如图1所示，所述双馈电机变频调速系统包括：双馈电机2以及与所述双馈电机2的转子相连的机械负载3；机侧变流器4，与所述双馈电机2的控制绕组相连；机侧滤波器6，连接在所述机侧变流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈电机变频调速系统的直流母线电流控制系统，其特征在于，所述双馈电机变频调速系统包括：双馈电机以及与所述双馈电机的转子相连的机械负载；机侧变流器，与所述双馈电机的控制绕组相连；机侧滤波器，连接在所述机侧变流器的交流侧端口并且位于所述双馈电机的与所述机侧变流器之间；网侧变流器，与所述机侧变流器相连并且接入交流电网；网侧滤波器，连接在所述网侧变流器的交流侧端口并且位于所述交流电网与所述网侧变流器之间；直流电感器，连接在所述机侧滤波器与所述网侧滤波器之间；所述双馈电机的功率绕组直接接入所述交流电网；控制器，其输入量为系统测量单元得到的电气信号，通过本专利提出的控制算法，输出机侧变流器和网侧变流器所需的PWM驱动信号，用于控制所述机侧变流器的机侧电流与所述网侧变流器的网侧电流，机侧变流器和网侧变流器均是电流源型变流器。

【技术特征摘要】
1.一种双馈电机变频调速系统的直流母线电流控制系统，其特征在于，所述双馈电机变频调速系统包括：双馈电机以及与所述双馈电机的转子相连的机械负载；机侧变流器，与所述双馈电机的控制绕组相连；机侧滤波器，连接在所述机侧变流器的交流侧端口并且位于所述双馈电机的与所述机侧变流器之间；网侧变流器，与所述机侧变流器相连并且接入交流电网；网侧滤波器，连接在所述网侧变流器的交流侧端口并且位于所述交流电网与所述网侧变流器之间；直流电感器，连接在所述机侧滤波器与所述网侧滤波器之间；所述双馈电机的功率绕组直接接入所述交流电网；控制器，其输入量为系统测量单元得到的电气信号，通过本专利提出的控制算法，输出机侧变流器和网侧变流器所需的PWM驱动信号，用于控制所述机侧变流器的机侧电流与所述网侧变流器的网侧电流，机侧变流器和网侧变流器均是电流源型变流器。2.如权利要求1所述的双馈电机变频调速系统的直流母线电流控制系统，其特征在于，所述机侧变流器使用定子磁链定向的矢量控制方法，用于实现对定子有功和无功的解耦控制。3.如权利要求1所述的双馈电机变频调速系统的直流母线电流控制系统，其特征在于，所述网侧变流器使用电网电压定向的矢量控制方法，用于维持直流电流恒定。4.如权利要求1所述的双馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建文，蔡旭，李沛元，戚宏勋，顾越岭，韩晓辉，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31