一种无刷双馈发电系统的并离网控制方法与流程

本发明涉及无刷双馈发电，特别涉及一种无刷双馈发电系统的并离网控制方法。

背景技术：

1、无刷双馈电机是一种新型交流电机，由于取消了电刷和滑环，维护成本低，可靠性更高，应用前景非常广泛。在当今社会节能减排的号召下，现有一些船舶配备两套独立电源系统，主发电系统，即柴油同步发电机，和辅助发电系统——无刷双馈轴带发电系统。船舶螺旋桨选用的原动机(主机)会有一定的冗余，在主机转轴末端安装增速齿轮，然后将无刷双馈电机与齿轮箱高速轴连接，则高速轴转速达到无刷双馈电机的转速运行范围，将轴端冗余机械能转化成三相交流电源。一般轴发占主发50％左右。

2、船舶正常航行时，使用的功率较少，使用轴带发电系统，而入港和离港时，转速较低，无法满足轴发的转速要求，且设备需要较大功率，靠岸后主机停止，船舶还需供电，因此使用主发电系统。两套系统同时并在汇流排上，即交流母线，按照不同工况切入和切出汇流排。前提是在切换工作模式时候，即负载转移时不能造成较大电气和机械冲击。

技术实现思路

1、本发明一种无刷双馈发电系统的并离网控制方法，可应用在以风力机为原动机的野外作业工程车辆或柴油机为原动机的船舶轴带发电系统，能够实现并网和离网的自由切换，无冲击电流，实现平滑切换。

2、本发明提供了一种无刷双馈发电系统的并离网控制方法，包括以下步骤：

3、当接收到轴带并网指令时，获取电网电压、功率绕组电压的幅值和相位，并利用同步控制策略，确定控制绕组的电压给定值和旋转变换的相位；

4、根据电压给定值和控制绕组旋转变换的相位，控制功率绕组输出电压同步电网电压后，再控制相应的执行单元执行并机操作；

5、根据负载的总有功功率，并利用并机控制策略，控制无刷双馈发电系统向电网输出同等功率，切换成独立运行的离网控制，其中，离网控制时，无刷双馈发电系统的轴发电机同步脱离电网；

6、利用负载转移策略，执行负载转移，将负载转移到无刷双馈发电系统后，完成并网转离网。

7、在一种可实施的方式中，所述电网电压、功率绕组电压的幅值和相位是分别通过对电网电压、功率绕组电压进行采样，并利用锁相环得到的。

8、在一种可实施的方式中，所述同步控制策略包括：

9、将电网电压的幅值与功率绕组电压的幅值输入至电压环中，得到第一电流给定值，第一电流给定值为电流其中一个分量所需的设定值；所述电压环包括第一比较元件和第一pi控制器；

10、将第一电流给定值、第二电流给定值分别输入至一个电流环中，得到控制绕组电压在d轴和q轴的电压给定值；所述电流环包括第二比较元件和第二pi控制器；

11、将电网电压角度、转子角度和初始相位补偿作比较，计算得到控制绕组的角度；

12、将d轴和q轴的电压给定值、控制绕组的旋转变换角度，进行坐标反变换到三相坐标系后，得到第一电压指令值，再经过svpwm控制逆变器的输出电压。

13、在一种可实施的方式中，控制绕组旋转变换的相位为：

14、

15、其中，θr为转子角度，θp为功率绕组的相位，fc控制绕组励磁频率，θr0即为功率绕组和控制绕组控制空间位置差，由相位环的pi输出得到，相位环的给定值和反馈值分别为电网电压的相位和功率绕组电压的相位。

16、在一种可实施的方式中，所述并机控制策略包括：

17、当功率绕组电压和电网电压幅值差以及相位差在预设范围内时，启动自动并网转离网，并控制电压环和相位环停止工作；

18、确定负载的总有功功率；根据总有功功率，并利用有功功率给定值计算公式，计算得到功率绕组的有功功率给定值，其中，计算有功功率时，无功功率的给定值为0；

19、将有功功率给定值和无功功率给定值分别作为有功功率外环和无功功率外环的输入，电压环和相位环的输出值为停止调用时最后的pi输出值；并利用功率外环电流内环双闭环矢量控制策略，重新得到d轴和q轴的电压给定值，其中，功率外环电流的输出值为电压环工作后保持的输出值；

20、将得到的d轴和q轴的电压给定值、控制绕组的旋转变换角度，进行坐标反变换到三相坐标系后，得到第二电压指令值，再经过svpwm控制逆变器的输出电压，向电网输出同等功率。

21、在一种可实施的方式中，所述有功功率给定值计算公式为：

22、p＝psum fp/(fp+fc)

23、式中，psum为负载的总有功功率，fp为功率绕组频率，fc为控制绕组励磁频率。

24、在一种可实施的方式中，所述并机控制策略包括：

25、控制有功功率外环和无功功率外环停止工作；

26、将有功功率外环和无功功率外环转成电压环，有功功率环和无功功率环两个控制器的输出值为停止调用时最后的pi输出值；同时利用给定的功率绕组角频率，并经积分后减去转子相位后，重新得到控制绕组的相位；

27、将得到的d轴、q轴的电压给定值以及控制绕组的旋转变换角度，进行坐标反变换到三相坐标系后，得到第三电压指令值，再经过svpwm控制逆变器的输出电压，完成负载转移。

28、在一种可实施的方式中，所述无刷双馈发电系统包括第一执行器和第二执行器，其中，第一执行器连接在电网和负载之间，第二执行器连接在负载和无刷双馈发电系统之间；

29、第一执行器用于在接收到轴带并网指令时，判断电网电压是否在无刷双馈发电系统的输出电压区间之内；

30、当电网电压在无刷双馈发电系统的实时输出电压区间之内，第二执行器被第一信号触发，第二执行器根据负载转移策略，进行负载转移；第一信号为离网控制信号；

31、当电网电压不在无刷双馈发电系统的输出电压区间之内，第二执行器被第二信号触发，第二执行器根据预设梯度降低无刷双馈发电系统的励磁电流，直至第二执行器被第一信号触发，第二执行器根据负载转移策略，进行负载转移；第二信号为输出电压过压信号。

32、在一种可实施的方式中，所述控制无刷双馈发电系统向电网输出同等功率，切换成独立运行的离网控制，还包括：

33、通过预先设置在无刷双馈发电系统和电网之间的可控硅，并基于电压给定值和控制绕组旋转变换的相位，确定可控硅的最佳触发角度；

34、在无刷双馈发电系统向电网输出电压的相位和电压给定值达到最佳触发角度，可控硅导通，无刷双馈发电系统向电网输出同等功率。

35、在一种可实施的方式中，所述轴发电机同步脱离电网后，生成脱离信号，其中，脱离信号和负载转移后的负载转移信号同步产生，并上传用户终端。

36、本发明可以实现的有益效果为：

37、本发明一种无刷双馈发电系统的并离网控制方法，可实现并网和离网的自由切换，无冲击电流，实现平滑切换。

38、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

39、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。