本发明专利技术公开了一种变速永磁交流发电机系统及其双端口稳压控制方法。本发明专利技术的系统包括永磁交流发电机、PWM整流器、直流滤波装置以及控制器，所述控制器包括转子位置与转速检测模块、直流电压检测模块和直流电流检测模块、交流电压检测模块和交流电流检测模块、坐标变换模块、第一调节器、第二调节器、电流限幅模块及PWM发生模块；本发明专利技术的方法包括步骤：采集发电机转子位置和转速、直流电压和电流、交流电压和电流，经坐标变换获得交轴和直轴电流，以稳定直流和交流电压为目标经闭环控制产生交轴和直轴电流给定值并限幅，产生PWM触发脉冲控制PWM整流器。本发明专利技术在发电机转速变化时维持直流和交流输出端双端口稳压，且成本低、可靠性高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机领域，特别涉及。
技术介绍
永磁交流发电机输出交流电压，经PWM整流器进行交流/直流(亦称ac/dc)变换和经直流滤波装置滤波后，可以获得可控的直流电压，为直流负载供电。永磁交流发电机系统的结构一般包括永磁交流发电机、PWM整流器、直流滤波装置以及控制系统。永磁交流发电机采用永磁体励磁,其缺点在于励磁不可调节。原动机带动永磁交 流发电机的转子旋转，在恒定励磁磁场作用下，永磁交流发电机(以下简称为发电机)产生的旋转电势(亦称发电机电势或反电势)大小正比于发电机转子的转速。发电机输出的交流电经PWM整流器进行功率变换，再经直流滤波装置进行滤波，之后的直流输出端的直流电压是可控、稳定的。发电机的输出端称为交流输出端，直流滤波装置的输出端称为直流输出端。直流滤波装置的直流输出端的直流电压(以下简称为直流输出端电压或直流电压)的控制系统的常见结构如下所述的发电机、PWM整流器及直流滤波装置通过一个控制器形成闭环控制回路。所述的控制器主要包括直流电压检测模块、调节器以及PWM发生模块；所述的直流电压检测模块接入所述的直流输出端，检测直流电压；所述的调节器包括用于计算所述发电机的交流输出端的交轴电流给定值I:的运算器(运算器根据直流输出端电压以及检测到的发电机转子的转速信号并根据预设的直流电压标准值运算出所述的给定值I:)，以及用于对所述的交轴电流给定值I:进行微调的补偿器(补偿器是对永磁交流发电机系统的参数变化、数学模型的不精确性，以及发电机转子的转速变化等各种扰动因素进行补偿)；一般情况下，在实际的实施过程中，所述的调节器利用闭环控制方法，直接根据直流输出端电压和预设的直流电压标准值之间的差值来计算交轴电流给定值I:使得直流输出端电压与预设的直流电压标准值一致，这是一种比使用独立的所述运算器和补偿器具有更好的稳压效果的更简便的实现方法；所述的调节器还根据发电机的凸极率设定发电机的交流输出端的直轴电流给定值I/，设定的标准是使发电机的功率、电磁转矩或者功率因素最大化；所述的PWM发生模块用于根据比较发电机交流输出端的交轴电流I,及其给定值I/以及比较发电机交流输出端的直轴电流Id及其给定值I/，并根据发电机转子的位置和发电机转子的转速产生控制所述PWM整流器的功率开关管导通或关断的PWM触发脉冲；此外，所述的调节器与PWM发生模块之间还设有电流限幅模块，该电流限幅模块用于限制交轴电流给定值I/和直轴电流给定值I/的相量和的幅值+I/2，输出的限幅后的交轴电流给定值I:和限幅后的直轴电流给定值I/，使得二者的相量和的幅值0 +1；'2不超过发电机的交流电流额I额定。在大多数发电场合，要求所述的直流输出端电压稳定，但并不关心发电机交流输出端的交流电压(以下简称为交流输出端电压或交流电压)是否稳定。在发电机转子的转速变化明显的场合(如风力发电)，由于发电机的旋转电势也随着转速而变化明显，导致发电机交流输出端电压变化明显。当发电机工作在正常转速范围的最低速时，其旋转电势已经足够高，可以使得PWM整流器正常工作，那么当发电机工作在正常转速范围的最高速时，其旋转电势明显变大。发电机正常工作的转速范围越宽(即最高速与最低速的比值ks越大)，则发电机的旋转电势以及交流输出端电压变化越显著(最高速时的旋转电势与最低速时的旋转电势的比值也是ks)。而PWM整流器的器件的耐压等级必须按发电机最高速时的交流输出端电压来选取，因此，在发电机工作在宽转速范围的条件下必须选取很高的耐压等级，由此大大提高了器件的成本，并降低系统可靠性。同时，发电机的交流输出端电压越大，对发电机的绝缘等级要求也越高，由此大大提高了发电机的成本，甚至降低发电机的绝缘寿命。如果控制发电机的交流输出端的直轴电流Id，使得发电机工作在高速区时直轴电流Id具有弱磁功能，则可以使发电机的交流输出端电压稳定，而不再随发电机转速上升而增大，这样就可以解决前述问题。因此，直轴电流的设定标准是使发电机的交流输出端稳压，这正是本专利技术有别于常见永磁交流发电机系统的特征之一。在电源电压有限的前提下，通过具有弱磁性质的直轴电流Id来扩展永磁交流电动机的转速范围，增大最高转速，这是一种很常见的控制方法。而本专利技术是针对永磁交流发电机的，是在高速运行时对发电机的交流输出端施以具有弱磁性质的直轴电流Id，使得发电机的交流输出端电压维持稳定。名为“永磁磁阻发电机的电压控制”的文献(《电工电能新技术》，2006年第4期，PP- 63-66 ;吴义勇等著)针对基于二极管不控整流器的变速永磁交流发电机系统提出了用一个独立的直轴电流发生装置与所述的整流器并联，由此来稳定永磁交流发电机系统的交流输出端电压。 本专利技术使用PWM整流器对永磁交流发电机的交流输出端电压进行整流并施以合适的交轴电流iq，由此来稳定直流输出端电压，同时对永磁交流发电机的交流输出端施以合适的直轴电流Id，由此来稳定发电机的交流输出端电压，实现双端口稳压。
技术实现思路
本专利技术提供了，在现有发电机系统的直流输出端电压稳定的前提下，当发电机转速显著变化时能够克服交流输出端电压亦显著变化的问题，实现永磁交流发电机系统的双端口(即所述的交流输出端和直流输出端)稳压。一种变速永磁交流发电机系统(以下简称发电机系统)，包括永磁交流发电机(本文为简便起见，以下简称所述的永磁交流发电机为发电机)、接入发电机交流输出端的PWM整流器、与所述的PWM整流器相连的直流滤波装置以及控制器，所述的控制器包括转子位置与转速检测模块，用于获得所述发电机转子的位置Θ和所述发电机转子的转速；接入所述的直流滤波装置直流输出端的直流电压检测模块和直流电流检测模块，用于获得直流输出端的直流电压Udc和直流电流Id。；接入所述的发电机交流输出端的交流电压检测模块和交流电流检测模块，用于获得交流输出端的交流电压Uac和交流电流；坐标变换模块，用于根据上述发电机转子的位置Θ将上述交流电流检测模块输出的交流电流进行坐标变换以将其转换为交轴(亦称q轴)电流Iq以及直轴(亦称d轴)电流Id ;第一调节器，用于接收所述直流滤波装置直流输出端的直流电压Ud。和直流电流Idc并根据预设的直流电压标准值Udc*产生并输出所述发电机交流输出端的交轴电流给定值I:; 第二调节器，用于接收上述第一调节器输出的交轴电流给定值I/和所述发电机转子的转速以及所述发电机交流输出端的交流电压Ua。，并根据预设的交流电压标准值Uac*产生并输出所述发电机交流输出端的直轴电流给定值I/ ；电流限幅模块，用于接收所述发电机转子的转速ω P所述发电机转子转速标准值ω；,以及所述的交轴电流给定值I:和所述的直轴电流给定值I/，输出限幅后的交轴电流给定值I/’和限幅后的直轴电流给定值I/’，使得二者的相量和的幅值W’2 +1；'2不超过所述发电机交流电流额定值Igffi ;PWM发生模块，用于比较所述的交轴电流I,与其限幅后的给定值I/’以及所述的直轴电流Id与其限幅后的给定值I/’，并根据所述发电机转子的位置Θ和所述的发电机转子的转速ωρ发出控制所述的PWM整流器的功率开关管导通或关断的PWM触发脉冲。现有技术的发电机系统中，PWM整流器将发电机输出的交流电变换为可控的直流电，经直流滤波装置滤波，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种变速永磁交流发电机系统,包括永磁交流发电机、接入永磁交流发电机交流输出端的PWM整流器、与所述的PWM整流器相连的直流滤波装置以及控制器，其特征在于，所述的控制器包括 转子位置与转速检测模块，用于获得所述发电机转子的位置Θ和所述发电机转子的转速; 接入所述的直流滤波装置直流输出端的直流电压检测模块和直流电流检测模块，用于获得直流输出端的直流电压Udc和直流电流Id。； 接入所述发电机交流输出端的交流电压检测模块和交流电流检测模块，用于获得交流输出端的交流电压Uac和交流电流； 坐标变换模块，用于根据所述发电机转子的位置Θ将上述交流电流检测模块输出的交流电流进行坐标变换以将其转换为交轴电流Iq以及直轴电流Id ; 第一调节器，用于接收所述直流滤波装置直流输出端的直流电压Udc和直流电流Id。并根据预设的直流电压标准值Udc*产生并输出所述发电机交流输出端的交轴电流给定值I:； 第二调节器，用于接收上述第一调节器输出的交轴电流给定值I:和所述发电机转子的转速以及所述发电机交流输出端的交流电压Ua。，井根据预设的交流电压标准值Uac*产生并输出所述发电机交流输出端的直轴电流给定值I/ ； 电流限幅模块，用于接收所述发电机转子的转速ωρ所述发电机转子转速标准值ω/，以及所述的交轴电流给定值I/和所述的直轴电流给定值I/，输出限幅后的交轴电流给定值I,*，和限幅后的直轴电流给定值I/，，使得二者的相量和的幅值+I/'2不超过所述发电机交流电流额定值 PWM发生模块，用于比较所述的交轴电流I,与其限幅后的给定值I:’以及所述的直轴电流Id与其限幅后的给定值I/’，并根据所述发电机转子的位置Θ和所述的发电机转子的转速ωパ发出控制所述的PWM整流器的功率开关管导通或关断的PWM触发脉沖。2.如权利要求I所述的变速永磁交流发电机系统，其特征在于，所述的转子位置与转速检测模块用传感器直接检测或者用无传感器控制算法观测所述发电机转子的位置Θ和所述发电机转子的转速ωパ3.如权利要求I所述的变速永磁交流发电机系统，其特征在于，所述的第一调节器，用于实现如下过程 当直流输出端电压Udc小于其标准值Ud:时，増大输出的交轴电流标准值It;； 当直流输出端电压Udc大于其标准值Ud:吋，减小输出的交轴电流标准值I:。4.如权利要求I所述的变速永磁交流发电机系统，其特征在于，所述的第二调节器，用于实现如下过程 当交流输出端电压Uac小于其标准值U:吋，减小输出的直轴电流标准值I/ ； 当交流输出端电压Uac大于其标准值U:吋，增大输出的直轴电流标准值I/。5.如权利要求I所述的变速永磁交流发电机系统，其特征在于，所述的电流限幅模块，用于执行以下步骤 步骤一，判断接收到...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈建新，缪冬敏，汪昱，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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