一种转子储能的双定子同步调相机及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种转子储能的双定子同步调相机，包括电力电子设备和调相机，电力电子设备包括AC/DC变流器、与AC/DC变流器的直流侧相连接的DC/AC变流器，调相机包括定子和转子，定子包括外定子和内定子，外定子的一端与内定子的一端之间、外定子的另一端与内定子的另一端之间均连接有开关，外定子的一端、AC/DC变流器的交流侧均与电网相连接，内定子的一端与DC/AC变流器的交流侧相连接。本发明专利技术还涉及一种转子储能的双定子同步调相机的控制方法。本发明专利技术在不影响调相机本身进行常规的无功补偿作用，以及正常运转，与电网连接的外定子与电网保持同步，恒为50Hz的情况下，还能够对电网进行有功补偿，拓展了调相机的应用领域，有利于调相机在电网中正常稳定的工作。

【技术实现步骤摘要】
一种转子储能的双定子同步调相机及其控制方法
本专利技术涉及电力系统稳定运行领域，尤其涉及一种转子储能的双定子同步调相机及其控制方法。
技术介绍
同步电机是需要保持转子转速和定子旋转磁场的转速相同的交流电机，从物理结构来说，发电机的定子和转子，是完全独立、互不干扰的两个个体，发电机的定子是有功源，产生感应电动势，发电机的转子是无功源、绕组从外部引入直流电建立磁场，在原动力的拖动下建立电压和向外输送交流电的无功，从电磁原理来说，两者又是紧密联系的，发电机的有功和无功都是由定子输出的。同步调相机本质上是一台挂网运行且不带机械负荷的同步电动机，与同步电机的区别在于不用原动机来拖动，在轴上又不带任何机械负载，而是接在电网上面空载运行的，其主要作用是用来调整整个系统的无功功率，提供电网的无功支撑。调相机主要是通过改变励磁来调整调相机的无功输出。通过调节转子励磁来调节机组机端电压进而控制机组的无功功率，当调相机过励运行时，励磁电流较大，定子电流滞后于端电压，发出滞后的无功功率；当调相机欠励运行时，减小励磁电流，定子电流反之变大，并超前于端电压，吸收无功功率。同步调相机具有容量大，过载能力强，暂态性能优，可控性好等明显优势，适合特高压直流站宽泛，满足大量的无功支撑。在换流站工作中，调相机作为快速无功支撑源，主要承担系统电压异常波动过程的快速无功调节和电压支撑。同步电机会出现转子转速不再和定子旋转磁场的同步转速保持一致，转速下降，进入到异步运行状态，其形成原因为断电失步、带励磁失步和失磁失步，当同步电机启动时，未达到或接近于额定转速时，就投励磁，就很可能产生不同步现象，主要是同步电机在使用过程中由于来自电网、负载及电机本身的各种扰动不断的破坏着电机轴上的转矩平衡关系，其次还有在同步电机运行中，若励磁电压降低或者供电电压降低，使得同步电机的过负荷能力即输出转矩最大值小于机械负荷力矩时，同步电动机是会失步。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种转子储能的双定子同步调相机及其控制方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种转子储能的双定子同步调相机，包括电力电子设备和调相机，所述电力电子设备包括AC/DC变流器、与所述AC/DC变流器的直流侧相连接的DC/AC变流器，所述调相机包括定子和转子，所述定子包括外定子和内定子，所述外定子的一端与内定子的一端之间、所述外定子的另一端与内定子的另一端之间均连接有开关，所述外定子的一端、AC/DC变流器的交流侧均与电网相连接，所述内定子的一端与所述DC/AC变流器的交流侧相连接。本专利技术一个较佳实施例中，一种转子储能的双定子同步调相机进一步包括所述AC/DC变流器的直流侧与所述DC/AC变流器的直流侧之间设置有直流电容。一种转子储能的双定子同步调相机的控制方法，包括以下步骤：(1)实时检测电网是否出现有功缺失情况，若是，则执行步骤(2)；若否，则执行步骤(4)；(2)给调相机发送有功补偿的信号，调相机接收到有功补偿的信号，两个开关断开，并联的外定子和内定子独立工作，将电网输出的电源经过电力电子设备调频后输入到内定子中，投入内定子的瞬间外定子的磁场频率不发生改变，但是频率差造成转子转速下降，形成功率角，转子上部分的机械能转移到外定子上，并转变成外定子上的电能，为电网提供一定量的有功功率；(3)在补偿过程中，需要电力电子设备保持外定子频率恒定为50Hz；(4)调相机正常工作，对电网进行无功补偿。本专利技术一个较佳实施例中，一种转子储能的双定子同步调相机的控制方法进一步包括所述步骤(3)包括以下步骤：(3.1)对转子频率和外定子频率进行跟踪检测，先判断外定子频率是否为50Hz，若是，则执行步骤(3.2)；若否，则执行步骤(3.3)；(3.2)内定子不工作；(3.3)电力电子设备进行频率调整，直到电网发出补偿终止的信号，两个开关闭合，外定子和内定子恢复到并联状态，转子逐渐升速并且恢复到正常的转速。本专利技术一个较佳实施例中，一种转子储能的双定子同步调相机的控制方法进一步包括所述步骤(3.3)中，频率调整是将电网输出的电源进行变频调整，输入到调相机的内定子中。本专利技术一个较佳实施例中，一种转子储能的双定子同步调相机的控制方法进一步包括通过频率调整使得内定子与转子的混合磁场的频率保持在50Hz，并且共同作用于外定子中。本专利技术解决了
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术在不影响调相机本身的作用，进行常规的无功补偿作用，以及正常运转，与电网连接的外定子与电网保持同步，恒为50Hz的情况下，还具有对电网的有功补偿的功能，并且调频环节设置在定子上，不影响调节的响应速度，也满足较大调节量的要求，本专利技术拓展了调相机的应用领域，有利于调相机在电网中正常稳定的工作。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的优选实施例的结构示意图；图2是本专利技术的优选实施例的外定子、内定子和转子的转速示意图；图3是本专利技术的优选实施例的调相机由同步电动机状态到发电机状态的过渡图；图中：10、AC/DC变流器，12、DC/AC变流器，14、外定子，16、内定子，18、转子，20、开关，22、电网。具体实施方式现在结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。如图1所示，一种转子储能的双定子同步调相机，包括电力电子设备和调相机，电力电子设备包括AC/DC变流器10、与AC/DC变流器10的直流侧相连接的DC/AC变流器12，调相机包括外定子14、内定子16和转子18，外定子14的一端与内定子16的一端之间、外定子14的另一端与内定子16的另一端之间均连接有开关20，外定子14的一端、AC/DC变流器10的交流侧均与电网22相连接，内定子16的一端与DC/AC变流器12的交流侧相连接。为了减少不利因素，本专利技术优选AC/DC变流器10的直流侧与DC/AC变流器12的直流侧之间设置有直流电容24，通过AC/DC变流器10、DC/AC变流器12和直流电容24三者共同作用滤除部分谐波分量。要实现调相机既能做到无功补偿又能做到有功补偿，其无功补偿部分调控不变，通过励磁调节部分调整无功补偿部分，其有功补偿可以通过电力电子部分来实现，并且由于定子有容量大的特点，可以实现较广的补偿环境，而转子容量较小，补偿有限，所以选择定子作为有功输出部分。调相机为双定子结构，外定子14为功率绕组，内定子16为控制绕组，通过用电力电子设备对输入电源频率的调节来控制内定子16的磁场频率。图2是外定子14、内定子16和转子18的转速示意图，其中ωp为外定子14(功率绕组)的转速，对应的频率为fp，ωc为内定子16(控制绕组)的转速，对应的频率为fc，ωr为转子18的转速，对应的频率为fc。其中满足以下关系式子：图3是调相机从同步电动机状态到发电机状态的过渡图，改变功率角的大小，增大功率角，使得超前功率角和相应的电磁功率都是正值，即转子18主极轴线沿转向超前于电枢合成磁场轴线，因此作用于转子18上的电磁转矩为制动性质，转子18上的机械转矩克服制动作用的电磁转矩，将机械能转变为电能，实现能量的转换，输出有功功率的大小是通过调节功率角的大小来实现的。本专利技术的调相机处于两种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转子储能的双定子同步调相机，其特征在于，包括电力电子设备和调相机，所述电力电子设备包括AC/DC变流器、与所述AC/DC变流器的直流侧相连接的DC/AC变流器，所述调相机包括定子和转子，所述定子包括外定子和内定子，所述外定子的一端与内定子的一端之间、所述外定子的另一端与内定子的另一端之间均连接有开关，所述外定子的一端、AC/DC变流器的交流侧均与电网相连接，所述内定子的一端与所述DC/AC变流器的交流侧相连接。

【技术特征摘要】
1.一种转子储能的双定子同步调相机，其特征在于，包括电力电子设备和调相机，所述电力电子设备包括AC/DC变流器、与所述AC/DC变流器的直流侧相连接的DC/AC变流器，所述调相机包括定子和转子，所述定子包括外定子和内定子，所述外定子的一端与内定子的一端之间、所述外定子的另一端与内定子的另一端之间均连接有开关，所述外定子的一端、AC/DC变流器的交流侧均与电网相连接，所述内定子的一端与所述DC/AC变流器的交流侧相连接。2.根据权利要求1所述的一种转子储能的双定子同步调相机，其特征在于，所述AC/DC变流器的直流侧与所述DC/AC变流器的直流侧之间设置有直流电容。3.一种基于权利要求1或2所述的转子储能的双定子同步调相机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）实时检测电网是否出现有功缺失情况，若是，则执行步骤（2）；若否，则执行步骤（4）；（2）给调相机发送有功补偿的信号，调相机接收到有功补偿的信号，两个开关断开，并联的外定子和内定子独立工作，将电网输出的电源经过电力电子设备调频后输入到内定子中，投入内定子的瞬间外定子的磁场频率不发生改变，但是...

【专利技术属性】
技术研发人员：金哲倩，陈谦，鞠平，周聪，周文海，邓晓璐，金宇清，秦川，孙黎霞，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32