一种绕组组合式交直流起动发电系统技术方案

本申请公开了一种绕组组合式交直流起动发电系统，涉及交直流混合供电领域，该绕组组合式交直流起动发电系统中的双绕组感应电机包括两套定子绕组，直流绕组为开绕组形式，两端分别连接两个发电驱动单元以连接直流端口，交流绕组通过断路器连接三相交流端口。该系统实现了交直流集成多电气端口起动发电的功能，改善了微电网及多电飞机中供电形式单一、供电系统复杂的缺点，能够同时满足起动发电一体化和交直流混合并网，且直流端口和交流端口都可以带负载或并入电网，满足飞机及微电网中交直流混合供电以及负载多样化的需求。流混合供电以及负载多样化的需求。流混合供电以及负载多样化的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种绕组组合式交直流起动发电系统


[0001]本申请涉及交直流混合供电领域，尤其是一种绕组组合式交直流起动发电系统。

技术介绍

[0002]随着全球能源危机和环境污染等问题的日益严重，光伏、风电等分布式电源由于其可再生、清洁等优点越来越受到人们的关注，采用微电网实现新能源接入主电网成为一个发展趋势。目前，在交直流混合微电网中，由于负载的多样性，要求微电网的发电系统具有同时发出交流电能与直流电能的能力，往往需要一个交流电机、一个直流电机构成相互独立的交流发电系统和直流发电系统，且大部分发电机只有单一的电能输出端口。
[0003]类似于交直流混合微电网，大型飞机电源系统中，由于大型飞机用电量大，负载种类众多，诸如加热、除冰、防冰等频率不敏感的负载可以直接使用变频交流电能，但是如电力作动器、电环控系统等不适应频率变化的负载需要直流供电，它们需要经过各种电能变换环节来实现供电。也要求发电系统具有同时输出交直流电能的能力。
[0004]目前关于交直流混合供电方案的研究主要分为两类：一类是基于变频交流发电系统的间接式交直流混合供电方案；一类是基于交直流集成发电系统的直接式交直流混合供电方案。间接式交直流混合供电方案为获得交直流电能，需依赖多种或多级电能变换，配电系统复杂，影响电源系统的效率和经济性。而直接式交直流混合供电方案，因变频交流和高压直流两种电能均由同一个发电系统直接输出，可有效克服上述问题。
[0005]纵观国内外对于交直流集成发电系统的研究现状来看，为了使发电机能够实现交直流集成发电的功能，针对同步发电机和感应发电机进行了大量研究。永磁同步发电机交直流集成发电系统存在磁场不易调节，还存在故障灭磁困难、高温退磁风险等不足，虽然采用混合励磁技术可在一定程度上克服上述弱点，但会使发电机结构复杂化，难以稳定控制，而我国海军工程大学马伟明教授研究了可交直流集成发电的新型同步发电机系统，取得了多项关键技术突破，而且在舰船电源中已实现了成功应用，但由于舰船和飞机应用环境不同，若要进行航空应用，还需解决起动发电一体化等问题。2007年日本T.Ahmed教授等提出了一种并联式感应发电机交直流集成发电系统，但仍存在动态性能差、变换器容量高、功率密度低等问题。美国工程院院士K.Rajashekara教授的研究团队提出了一种航空应用的开绕组感应发电机交直流集成发电系统，仍存在变换器容量大，交流负载只能采用三相三线制等问题。

技术实现思路

[0006]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种绕组组合式交直流起动发电系统，本申请的技术方案如下：
[0007]一种绕组组合式交直流起动发电系统，在该绕组组合式交直流起动发电系统中，双绕组感应电机包括两套定子绕组，两套定子绕组包括开绕组式的直流绕组以及星型连接的交流绕组；
[0008]双绕组感应电机的直流绕组的一端通过第一滤波电感连接至第一发电驱动单元的三相功率输出端口，第一发电驱动单元的直流功率输出端口连接绕组组合式交直流起动发电系统的第一直流端口；
[0009]双绕组感应电机的直流绕组的另一端通过第二滤波电感连接至第二发电驱动单元的三相功率输出端口，第二发电驱动单元的直流功率输出端口连接绕组组合式交直流起动发电系统的第二直流端口；
[0010]双绕组感应电机的交流绕组的三相功率输出端口通过断路器连接绕组组合式交直流起动发电系统的三相交流端口；
[0011]连接并控制第一发电驱动单元、第二发电驱动单元和断路器以控制绕组组合式交直流起动发电系统的工作模式：
[0012]当绕组组合式交直流起动发电系统工作在起动模式下时，第一发电驱动单元和/或第二发电驱动单元向双绕组感应电机提供励磁无功功率和有功功率以驱动双绕组感应电机旋转起动；
[0013]当绕组组合式交直流起动发电系统工作在供电模式下时，绕组组合式交直流起动发电系统通过直流端口输出高压直流电能、通过三相交流端口输出三相交流电能。
[0014]其进一步的技术方案为，双绕组感应电机的交流绕组的三相功率输出端口分别通过三相励磁滤波电容接地，三相励磁滤波电容起到励磁的作用，且三相励磁滤波电容与双绕组感应电机的交流绕组组成LC滤波器对输出的三相交流电能进行滤波处理。
[0015]其进一步的技术方案为，第二发电驱动单元包括起动电源、二极管、第二直流母线电容和第二功率变换器，起动电源的正极连接二极管的阳极，二极管的阴极连接第二功率变换器的直流母线的正极性侧，起动电源的负极连接第二功率变换器的直流母线的负极性侧，第二直流母线电容的正极板连接第二功率变换器的直流母线的正极性侧，第二直流母线电容的负极板连接第二功率变换器的直流母线的负极性侧；第二功率变换器的三相桥臂的中性点引出用于连接直流绕组，第二功率变换器的直流母线的正极性侧和负极性侧引出为第二发电驱动单元的直流功率输出端口。
[0016]其进一步的技术方案为，第一发电驱动单元包括蓄电池、第一直流母线电容和第一功率变换器，蓄电池的正极连接第一功率变换器的直流母线的正极性侧，蓄电池的负极连接第一功率变换器的直流母线的负极性侧；第一直流母线电容的正极板连接第一功率变换器的直流母线的正极性侧，第一直流母线电容的负极板连接第一功率变换器的直流母线的负极性侧；第一功率变换器的三相桥臂的中性点引出用于连接直流绕组，第一功率变换器的直流母线的正极性侧和负极性侧引出为第一发电驱动单元的直流功率输出端口。
[0017]其进一步的技术方案为，当绕组组合式交直流起动发电系统工作在单独立电源起动模式下时，起动发电控制器控制第一功率变换器的中性点相连，并控制断路器保持断开，起动发电控制器控制第二功率变换器以使得第二发电驱动单元向双绕组感应电机提供励磁无功功率和有功功率。
[0018]其进一步的技术方案为，当绕组组合式交直流起动发电系统工作在双独立电源起动模式下时，起动发电控制器控制断路器保持断开，起动发电控制器控制第一发电驱动单元和第二发电驱动单元向双绕组感应电机提供励磁无功功率和有功功率。
[0019]其进一步的技术方案为，绕组组合式交直流起动发电系统的供电模式包括交直流
混合供电模式，当绕组组合式交直流起动发电系统工作在交直流混合供电模式下时：
[0020]起动发电控制器控制断路器保持闭合，起动发电控制器控制第一发电驱动单元和第二发电驱动单元向双绕组感应电机输出励磁无功功率，双绕组感应电机向第一直流端口、第二直流端口和三相交流端口提供有功功率，使得绕组组合式交直流起动发电系统通过两个直流端口输出高压直流电能且通过三相交流端口输出三相交流电能。
[0021]其进一步的技术方案为，当绕组组合式交直流起动发电系统工作在交直流混合供电模式下时，第一发电驱动单元通过蓄电池进行储能；
[0022]则绕组组合式交直流起动发电系统的供电模式还包括储能供电模式：当双绕组感应电机不工作时，起动发电控制器控制第二功率变换器的中性点相连并控制断路器闭合，起动发电控制器控制第一功率变换器，使得蓄电池储存的直流电能通过双绕本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绕组组合式交直流起动发电系统，其特征在于，在所述绕组组合式交直流起动发电系统中，双绕组感应电机包括两套定子绕组，所述两套定子绕组包括开绕组式的直流绕组以及星型连接的交流绕组；所述双绕组感应电机的直流绕组的一端通过第一滤波电感连接至第一发电驱动单元的三相功率输出端口，所述第一发电驱动单元的直流功率输出端口连接所述绕组组合式交直流起动发电系统的第一直流端口；所述双绕组感应电机的直流绕组的另一端通过第二滤波电感连接至第二发电驱动单元的三相功率输出端口，所述第二发电驱动单元的直流功率输出端口连接所述绕组组合式交直流起动发电系统的第二直流端口；所述双绕组感应电机的交流绕组的三相功率输出端口通过断路器连接所述绕组组合式交直流起动发电系统的三相交流端口；连接并控制所述第一发电驱动单元、第二发电驱动单元和所述断路器以控制所述绕组组合式交直流起动发电系统的工作模式：当所述绕组组合式交直流起动发电系统工作在起动模式下时，所述第一发电驱动单元和/或所述第二发电驱动单元向所述双绕组感应电机提供励磁无功功率和有功功率以驱动所述双绕组感应电机旋转起动；当所述绕组组合式交直流起动发电系统工作在供电模式下时，所述绕组组合式交直流起动发电系统通过直流端口输出高压直流电能、通过所述三相交流端口输出三相交流电能。2.根据权利要求1所述的绕组组合式交直流起动发电系统，其特征在于，所述双绕组感应电机的交流绕组的三相功率输出端口分别通过三相励磁滤波电容接地，三相励磁滤波电容起到励磁的作用，且三相励磁滤波电容与所述双绕组感应电机的交流绕组组成LC滤波器对输出的三相交流电能进行滤波处理。3.根据权利要求1所述的绕组组合式交直流起动发电系统，其特征在于，所述第二发电驱动单元包括起动电源、二极管、第二直流母线电容和第二功率变换器，所述起动电源的正极连接所述二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述第二功率变换器的直流母线的正极性侧，所述起动电源的负极连接所述第二功率变换器的直流母线的负极性侧，所述第二直流母线电容的正极板连接所述第二功率变换器的直流母线的正极性侧，所述第二直流母线电容的负极板连接所述第二功率变换器的直流母线的负极性侧；所述第二功率变换器的三相桥臂的中性点引出用于连接所述直流绕组，所述第二功率变换器的直流母线的正极性侧和负极性侧引出为所述第二发电驱动单元的直流功率输出端口。4.根据权利要求3所述的绕组组合式交直流起动发电系统，其特征在于，所述第一发电驱动单元包括蓄电池、第一直流母线电容和第一功率变换器，所述蓄电池的正极连接所述第一功率变换器的直流母线的正极性侧，所述蓄电池的负极连接所述第一功率变换器的直流母线的负极性侧；所述第一直流母线电容的正极板连接所述第一功率变换器的直流母线的正极性侧，所述第一直流母线电容的负极板连接所述第一功率变换器的直流母线的负极性侧；所述第一功率变换器的三相桥臂的中性点引出用于连接所述直流绕组，所述第一功率变换器的直流母线的正极性侧和负极性侧引出为所述第一发电驱动单元的直流功率输出端口。
5.根据权利要求4所述的绕组组合式交直流起动发电系统，其特征在于，当所述绕组组合式交直流起动发电系统工作在单独立电源起动模式下时，所述起...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜飞飞，史建宇，刘皓喆，朱天奕，刘哲恺，黄文新，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：