CN103532477B - 共用lc并网滤波器的多定子绕组端口电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统，可提高可靠性和容错性，其包括：位于电机侧的多个电机定子绕组端口，其分别由多个独立的电压源型逆变器馈电；所述电压源型逆变器分别由独立的直流母线电容供电；所述直流母线电容分别与独立的电压源型整流器连接，由相应的电压源型整流器对其供电；所述电压源型整流器通过各自的交流侧电感并联，并在电网侧共用LC滤波器；所述LC滤波器包括三相并网电感以及与之并联的三相滤波电容，其中：所述三相并网电感的另一端与三相电网相连接，所述三相滤波电容的另一端与各电压源型整流器的交流侧电感并联连接；所述电压源型整流器对应直流母线电容的电压由该电压源型整流器的控制模块控制。

Description

共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其是多定子绕组端口的电机系统，具体而言涉及一种共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统。

背景技术

目前电机系统功率要求越来越大，电机尺寸也相应越来越大。传统的电机系统定子绕组为三相，通过三相绕组的并联或串联来增大电机功率，采用三相功率变换器对电机进行馈电。这种传统三相电机由于绕组集中，并分布在电机的整个角度空间，因此不利于电机的模块化生产和装配。电机功率的不断增大，给电机的生产和装配带来了更大的困难。同时当电机中某一相绕组出现故障，会影响其他两相电机绕组运行，进而影响整个电机正常运行。

为了克服三相电机系统的这些缺点，提出了多个三相绕组构成的多相电机系统。这种多相电机系统具有多个三相绕组，可以实现模块化生产和维修。这些多三相绕组具有多个三相绕组端口，可以由多个电力电子变换器通道进行馈电。当某一套三相绕组发生故障时，其他绕组仍可以由相应的电力电子变换器供电、继续工作，系统的可靠性得到提高。对于电机的三相绕组两端都引出的绕组接法，这两个定子绕组端口同样可以由两台电力电子变换器独立供电，当其中某一个电力电子变换器通道发生故障时，不影响另一个变换器通道的正常工作。

由于这种多通道电力电子变换器供电的多定子绕组电机常由多个电力电子变换器独立供电，这些电力电子变换器需要在电网侧和电网相连。为了减小并网电流谐波，这些并网变换器在电网侧常采用LC滤波器。传统的多个并网变换器就需要多个LC滤波器，这样系统的成本将增加。同时需要对多个LC滤波器进行独立控制，需要更多和更复杂的控制器。另外，对于电网侧带有LC滤波器的电压源型整流器如何在各种不对称电网条件下有效运行目前还没有很好的策略。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明旨在提供一种共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统，在电机侧通过多个独立的电压源型逆变器对多绕组端口电机进行独立馈电，提高了电机系统的可靠性和容错性。

为达成上述目的，本发明提出一种共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统，包括：

位于电机侧的多个电机定子绕组端口，该多个电机定子绕组端口分别由多个独立的电压源型逆变器馈电；

所述电压源型逆变器分别由独立的直流母线电容供电；

所述直流母线电容分别与独立的电压源型整流器连接，由相应的电压源型整流器对其供电；

所述电压源型整流器通过各自的交流侧电感并联，并在电网侧共用LC滤波器；

所述LC滤波器包括三相并网电感以及与之并联的三相滤波电容，其中：所述三相并网电感的另一端与三相电网相连接，所述三相滤波电容的另一端与各电压源型整流器的交流侧电感并联连接；

所述电压源型整流器对应直流母线电容的电压由该电压源型整流器的控制模块控制。

进一步，所述位于电机侧的多个电机定子绕组端口的连接形式包括下述三种形式之一：多个中性点不连接的三相定子绕组；多个中性点连接的三相定子绕组；两端同时接出三相定子绕组。

进一步，所述电压源型整流器包括电压源型整流器一和电压源型整流器二，所述直流母线电容包括直流母线电容一和直流母线电容二，所述电压源型逆变器包括电压源型逆变器一和电压源型逆变器二，其中：

所述滤波器电容通过交流侧电感和交流侧电感分别与电压源型整流器一和电压源型整流器二相连；

所述电压源型整流器一和直流母线电容一相连；

所述电压源型整流器二和直流母线电容二相连；

所述直流母线电容一和电压源型逆变器一相连，给其供电；

所述直流母线电容二和电压源型逆变器二相连，给其供电；

所述电压源型逆变器一和电压源型逆变器二分别与所述双绕组三相中性点不连接电机的两套定子绕组端口连接并给其供电。

进一步，所述电压源型整流器二的控制模块所采用控制方法包括以下步骤：

1）直流母线电容二的电压控制器产生电压源型整流器二对应的电压源型整流器二有功功率参考值利用直流母线电容二的锁相环模块二根据滤波电容电压u_Cα,u_Cβ获得电容电压向量相角θ₂；

2）电压源型整流器二的并网电流参考值模块根据电压源型整流器二有功功率参考值电压源型整流器二无功功率参考值电容电压向量相角θ₂、滤波电容电压u_Cα,u_Cβ获得电压源型整流器二的输出电流参考值

3）利用α轴重复电流控制器和β轴重复电流控制器分别根据电压源型整流器二的α轴输出电流参考值和实际值i_2α之间误差以及β轴输出电流参考值和实际值i_2β之间误差，获得电压源型整流器二交流侧电感的电压参考值

4）用滤波电容电压u_Cα,u_Cβ分别减去电压源型整流器二交流侧电感的电压参考值得到电压源型整流器二交流输出电压参考值

5）利用电压源型整流器二的极坐标转换模块根据生成电压源型整流器二调制因数m_a2和相角再利用电压源型整流器二的脉冲发生模块根据调制因数m_a2和相角生成电压源型整流器二的六路开关脉冲。

进一步，所述电压源型整流器一的控制模块所采用控制方法包括以下步骤：

1）直流母线电容一的电压控制器一产生电压源型整流器一对应的电压源型整流器一有功功率参考值

将电压源型整流器一有功功率参考值和电压源型整流器二有功功率参考值相加，得到电网侧总有功功率参考值P^*；

将电压源型整流器一无功功率参考值和电压源型整流器二无功功率参考值相加，得到电网侧总无功功率参考值Q^*；

利用一锁相环模块一根据电网电压u_α,u_β获得电容电压向量相角θ₁；

2）电压源型整流器一的电流参考值模块根据电网侧总有功功率参考值P^*、电网侧总无功功率参考值Q^*、电网电压向量相角θ₁、电网电压u_α,u_β获得电压源型整流器一的输出电流参考值

3）利用所述α轴重复电流控制器和β轴重复电流控制器分别根据电压源型整流器一的α轴输出电流参考值和实际值i_1α之间误差以及β轴输出电流参考值和实际值i_1β之间误差，获得电网侧电感电压参考值

4）将电网电压u_α,u_β分别减去电网侧电感电压参考值得到滤波电容电压参考值

再利用α轴电容电压控制器和β轴电容电压控制器根据滤波电容电压参考值分别和滤波电容电压实际值u_Cα,u_Cβ之间误差分别产生电容电流参考值

5）电压源型整流器一α轴输出电流参考值和α轴电容电流参考值相减，再和电压源型整流器二α轴输出电流参考值相减，得到电压源型整流器一交流侧α轴输出电流参考值

将电压源型整流器一β轴输出电流参考值和β轴电容电流参考值相减，再和电压源型整流器二β轴输出电流参考值相减，得到电压源型整流器一交流侧β轴输出电流参考值

利用电压源型整流器一的交流输出电流控制器分别根据电压源型整流器一（1.6）交流侧输出电流参考值和电压源型整流器一交流侧输出电流实际值i_{1α_r}，i_{1β_r}之间误差，获得电压源型整流器一交流侧电感电压参考值

6）将滤波电容电压u_Cα,u_Cβ分别减去电压源型整流器一交流侧电感电压参考值得到电压源型整流器一交流侧输出电压参考值

7）利用电压源型整流器一的极坐标转换模块根据生成电压源型整流器一调制因数m_α1和相角再利用电压源型整流器一的脉冲发生模块根据调制因数m_a1和相角生成电压源型整流器一的六路开关脉冲。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于采用具有多端口绕组的电机，并采用独立的电力电子逆变器对各套绕组进行馈电，当其中某套定子绕组或某台电力电子逆变器发生故障时，不影响其他绕组正常工作，系统可靠性得到提高。系统在电网侧通过多个电力电子整流器对独立直流母线进行供电，多个整流器在电网侧共用LC滤波器，节约了系统成本。本发明提出基于重复控制的级联控制器和多并网整流器协调控制策略使得系统在各种电网条件下都能正常工作。

附图说明

图1为共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统的结构示意图。

图2为双绕组三相中性点连接电机的原理图。

图3为两端口三相电机的原理图。

图4为电压源型整流器二控制方法的原理图。

图5为电压源型整流器一控制方法的原理图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

如图1所示，根据本发明的较优实施例，一种共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统，其特征在于，包括：

位于电机侧的多个电机定子绕组端口，该多个电机定子绕组端口分别由多个独立的电压源型逆变器（1.10、1.11）馈电；

所述电压源型逆变器（1.10、1.11）分别由独立的直流母线电容供电（1.8、1.9）；

所述直流母线电容（1.8、1.9）分别与独立的电压源型整流器（1.6、1.7）连接，由相应的电压源型整流器对其供电；

所述电压源型整流器（1.6、1.7）通过各自的交流侧电感（1.4、1.5）并联，并在电网侧共用LC滤波器；

所述LC滤波器包括三相并网电感（1.2）以及与之并联的三相滤波电容（1.3），其中：所述三相并网电感（1.2）的另一端与三相电网（1.1）相连接，所述三相滤波电容（1.3）的另一端与各电压源型整流器的交流侧电感（1.4、1.5）并联连接，通过该交流侧电感（1.4、1.5）分别与电压源型整流器（1.6、1.7）相连；

所述电压源型整流器（1.6、1.7）对应直流母线电容（1.8、1.9）的电压由该电压源型整流器的控制模块控制。

本实施例中，所述电压源型逆变器（1.10、1.11）分别给双绕组三相中性点不连接电机1.12的两套定子绕组端口供电，如图2、图3所示。

在另外的实施例中，双绕组三相中性点不连接电机1.12还可以由双绕组三相中性点连接电机1.13或两端口三相电机1.14所取代。

如图4所示，所述电压源型整流器二（1.7）的控制模块所采用控制方法包括以下步骤：

1）直流母线电容二的电压控制器（2.2）产生电压源型整流器二（1.7）对应的电压源型整流器二有功功率参考值利用直流母线电容二的锁相环模块（2.1）二根据滤波电容电压u_Cα,u_Cβ获得电容电压向量相角θ₂；

2）电压源型整流器二（1.7）的并网电流参考值模块（2.3）根据电压源型整流器二有功功率参考值电压源型整流器二无功功率参考值电容电压向量相角θ₂、滤波电容电压u_Cα,u_Cβ获得电压源型整流器二（1.7）的输出电流参考值

3）利用α轴重复电流控制器（2.4）和β轴重复电流控制器（2.5）分别根据电压源型整流器二（1.7）的α轴输出电流参考值和实际值i_2α之间误差以及β轴输出电流参考值和实际值i_2β之间误差，获得电压源型整流器二（1.7）交流侧电感的电压参考值

4）用滤波电容电压u_Cα,u_Cβ分别减去电压源型整流器二（1.7）交流侧电感的电压参考值得到电压源型整流器二交流输出电压参考值

5）利用电压源型整流器二（1.7）的极坐标转换模块（2.6）根据生成电压源型整流器二（1.7）调制因数m_a2和相角再利用电压源型整流器二（1.7）的脉冲发生模块（2.7）根据调制因数m_a2和相角生成电压源型整流器二（1.7）的六路开关脉冲。

如图5所示，所述电压源型整流器一（1.6）的控制模块所采用控制方法包括以下步骤：

1）直流母线电容一（1.8）的电压控制器一（3.2）产生电压源型整流器一（1.6）对应的电压源型整流器一有功功率参考值

将电压源型整流器一（1.6）有功功率参考值和电压源型整流器二（1.7）有功功率参考值相加，得到电网侧总有功功率参考值P^*；

将电压源型整流器一（1.6）无功功率参考值和电压源型整流器二（1.7）无功功率参考值相加，得到电网侧总无功功率参考值Q^*；

利用一锁相环模块（3.1）一根据电网电压u_α,u_β获得电容电压向量相角θ₁；

2）电压源型整流器一（1.6）的电流参考值模块（3.3）根据电网侧总有功功率参考值P^*、电网侧总无功功率参考值Q^*、电网电压向量相角θ₁、电网电压u_α,u_β获得电压源型整流器一（1.6）的输出电流参考值

3）利用所述α轴重复电流控制器（2.4）和β轴重复电流控制器（2.5）分别根据电压源型整流器一（1.6）的α轴输出电流参考值和实际值i_1α之间误差以及β轴输出电流参考值和实际值i_1β之间误差，获得电网侧电感电压参考值

4）将电网电压u_α,u_β分别减去电网侧电感电压参考值得到滤波电容电压参考值

再利用α轴电容电压控制器（3.6）和β轴电容电压控制器（3.7）根据滤波电容电压参考值分别和滤波电容电压实际值u_Cα,u_Cβ之间误差分别产生电容电流参考值

5）电压源型整流器一（1.6）α轴输出电流参考值和α轴电容电流参考值相减，再和电压源型整流器二（1.7）α轴输出电流参考值相减，得到电压源型整流器一（1.6）交流侧α轴输出电流参考值

将电压源型整流器一（1.6）β轴输出电流参考值和β轴电容电流参考值相减，再和电压源型整流器二（1.7）β轴输出电流参考值相减，得到电压源型整流器一（1.6）交流侧β轴输出电流参考值

利用电压源型整流器一（1.6）的交流输出电流控制器（3.8、3.9）分别根据电压源型整流器一（1.6）交流侧输出电流参考值和电压源型整流器一（1.6）交流侧输出电流实际值i_{1α_r},i_{1β_r}之间误差，获得电压源型整流器一（1.6）交流侧电感电压参考值

6）将滤波电容电压u_Cα,u_Cβ分别减去电压源型整流器一（1.6）交流侧电感电压参考值得到电压源型整流器一（1.6）交流侧输出电压参考值

7）利用电压源型整流器一（1.6）的极坐标转换模块（3.10）根据生成电压源型整流器一（1.6）调制因数m_a1和相角再利用电压源型整流器一（1.6）的脉冲发生模块（3.11）根据调制因数m_a1和相角生成电压源型整流器一（1.6）的六路开关脉冲。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (4)

1.一种共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统，其特征在于，包括：

位于电机侧的多个电机定子绕组端口，该多个电机定子绕组端口分别由多个独立的电压源型逆变器(1.10、1.11)馈电；

所述电压源型逆变器(1.10、1.11)分别由独立的直流母线电容(1.8、1.9)供电；

所述直流母线电容(1.8、1.9)分别与独立的电压源型整流器(1.6、1.7)连接，由相应的电压源型整流器对其供电；

所述电压源型整流器(1.6、1.7)通过各自的交流侧电感(1.4、1.5)并联，并在电网侧共用LC滤波器；

所述LC滤波器包括三相并网电感(1.2)以及与之并联的三相滤波电容(1.3)，其中：所述三相并网电感(1.2)的另一端与三相电网(1.1)相连接，所述三相滤波电容(1.3)的另一端与各电压源型整流器的交流侧电感(1.4、1.5)并联连接，通过该交流侧电感(1.4、1.5)分别与电压源型整流器(1.6、1.7)相连；

所述电压源型整流器(1.6、1.7)对应直流母线电容(1.8、1.9)的电压由该电压源型整流器的控制模块控制；

所述电压源型整流器包括电压源型整流器一(1.6)和电压源型整流器二(1.7)，所述直流母线电容包括直流母线电容一(1.8)和直流母线电容二(1.9)，所述电压源型逆变器包括电压源型逆变器一(1.10)和电压源型逆变器二(1.11)，其中：

所述三相滤波电容(1.3)通过交流侧电感一(1.4)和交流侧电感二(1.5)分别与电压源型整流器一(1.6)和电压源型整流器二(1.7)相连；

所述电压源型整流器一(1.6)和直流母线电容一(1.8)相连；

所述电压源型整流器二(1.7)和直流母线电容二(1.9)相连；

所述直流母线电容一(1.8)和电压源型逆变器一(1.10)相连，给其供电；

所述直流母线电容二(1.9)和电压源型逆变器二(1.11)相连，给其供电；

所述电压源型逆变器一(1.10)和电压源型逆变器二(1.11)分别与双绕组三相中性点不连接电机(1.12)的两套定子绕组端口连接并给其供电。

2.根据权利要求1所述的共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统，其特征在于，所述位于电机侧的多个电机定子绕组端口的连接形式包括下述三种形式之一：多个中性点不连接的三相定子绕组；多个中性点连接的三相定子绕组；两端同时接出三相定子绕组。

3.根据权利要求1所述的共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统，其特征在于，所述电压源型整流器二(1.7)的控制模块所采用控制方法包括以下步骤：

1)直流母线电容二的电压控制器(2.2)产生电压源型整流器二(1.7)对应的电压源型整流器二有功功率参考值利用直流母线电容二的锁相环模块(2.1)二根据滤波电容电压u_Cα,u_Cβ获得电容电压向量相角θ₂；

2)电压源型整流器二(1.7)的并网电流参考值模块(2.3)根据电压源型整流器二有功功率参考值电压源型整流器二无功功率参考值电容电压向量相角θ₂、滤波电容电压u_Cα,u_Cβ获得电压源型整流器二(1.7)的输出电流参考值

3)利用α轴重复电流控制器二(2.4)和β轴重复电流控制器二(2.5)分别根据电压源型整流器二(1.7)的α轴输出电流参考值和实际值i_2α之间误差以及β轴输出电流参考值和实际值i_2β之间误差，获得电压源型整流器二(1.7)交流侧电感的电压参考值

4)用滤波电容电压u_Cα,u_Cβ分别减去电压源型整流器二(1.7)交流侧电感的电压参考值得到电压源型整流器二(1.7)交流输出电压参考值

5)利用电压源型整流器二(1.7)的极坐标转换模块(2.6)根据生成电压源型整流器二(1.7)调制因数m_a2和相角再利用电压源型整流器二(1.7)的脉冲发生模块(2.7)根据调制因数m_a2和相角生成电压源型整流器二(1.7)的六路开关脉冲。

4.根据权利要求3所述的共用LC并网滤波器的多定子绕组端口电机系统，其特征在于，所述电压源型整流器一(1.6)的控制模块所采用控制方法包括以下步骤：

1)直流母线电容一(1.8)的电压控制器一(3.2)产生电压源型整流器一(1.6)对应的电压源型整流器一有功功率参考值

将电压源型整流器一(1.6)有功功率参考值和电压源型整流器二(1.7)有功功率参考值相加，得到电网侧总有功功率参考值P^*；

将电压源型整流器一(1.6)无功功率参考值和电压源型整流器二(1.7)无功功率参考值相加，得到电网侧总无功功率参考值Q^*；

利用一锁相环模块(3.1)一根据电网电压u_α,u_β获得电网电压向量相角θ₁；

2)电压源型整流器一(1.6)的电流参考值模块(3.3)根据电网侧总有功功率参考值P^*、电网侧总无功功率参考值Q^*、电网电压向量相角θ₁、电网电压u_α,u_β获得电网侧电感电流参考值

3)利用α轴重复电流控制器一(3.4)和β轴重复电流控制器一(3.5)分别根据电网侧电感电流的α轴输出电流参考值和实际值i_1α之间误差以及β轴输出电流参考值和实际值i_1β之间误差，获得电网侧电感电压参考值

4)将电网电压u_α,u_β分别减去电网侧电感电压参考值得到滤波电容电压参考值

再利用α轴电容电压控制器(3.6)和β轴电容电压控制器(3.7)根据滤波电容电压参考值分别和滤波电容电压u_Cα,u_Cβ之间误差分别产生电容电流参考值

5)电网侧电感电流α轴输出电流参考值和α轴电容电流参考值相减，再和电压源型整流器二(1.7)α轴输出电流参考值相减，得到电压源型整流器一(1.6)交流侧α轴输出电流参考值

将电网侧电感电流β轴输出电流参考值和β轴电容电流参考值相减，再和电压源型整流器二(1.7)β轴输出电流参考值相减，得到电压源型整流器一(1.6)交流侧β轴输出电流参考值

利用电压源型整流器一(1.6)的交流输出电流控制器(3.8、3.9)分别根据电压源型整流器一(1.6)交流侧输出电流参考值和电压源型整流器一(1.6)交流侧输出电流实际值i_{1α_r},i_{1β_r}之间误差，获得电压源型整流器一(1.6)电网侧电感电压参考值；

6)将滤波电容电压u_Cα,u_Cβ分别减去电压源型整流器一(1.6)电网侧电感电压参考值，得到电压源型整流器一(1.6)交流侧输出电压参考值

7)利用电压源型整流器一(1.6)的极坐标转换模块(3.10)根据生成电压源型整流器一(1.6)调制因数m_a1和相角再利用电压源型整流器一(1.6)的脉冲发生模块(3.11)根据调制因数m_a1和相角生成电压源型整流器一(1.6)的六路开关脉冲。