CN108347203B - 无刷双馈电机控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无刷双馈电机控制方法、装置及系统，应用于主机变频器，包括步骤：接收启动指令，并根据测量参数和预设转速计算得到变频器组联系统的输出，主机变频器与从机变频器分别连接无刷双馈电机控制绕组的对应支路；根据变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态；接收到从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的从机变频器。上述无刷双馈电机控制方法、装置和系统，主机变频器与从机变频器分别连接控制绕组对应支路，每台变频器仅需要承担系统总功率的一部分，并且采用主机变频器控制变频器组联系统，在发生故障时能够直接切除发生故障的从机变频器。与传统的变频器相比，具有可靠性高的优点。

Description

无刷双馈电机控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及无刷双馈电机技术领域，特别是涉及一种无刷双馈电机控制方法、装置及系统。

背景技术

无刷双馈电机是一种新型电机，在其定子上具有两套绕组，其中一套绕组直接与工频电网连接，称为功率绕组，另一套绕组与变频器连接，称为控制绕组。无刷双馈电机取消了电刷与滑环，所用变频器仅需要承担系统转差功率，能够采用低变频器来控制高压电机。因此，无刷双馈电机在变频调速领域具有良好的应用前景。

传统的无刷双馈电机控制绕组连接低压变频器，在控制绕组的一侧需要承担很大的电流，因此采用多个三相绕组并联的方式进行分流，控制绕组的激励由单台专用低压变频器来控制。然而，对于高压大功率无刷双馈电机，仅采用单台低压变频器进行控制，变频器的逆变桥每相需要开断的电流均可达到控制绕组电流的额定值，从而会产生较大的损耗，使逆变桥的功率器件发热严重，系统散热负担较大，设备容易发生故障。因此传统的无刷双馈电机控制装置存在可靠性低的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对传统的无刷双馈电机控制装置可靠性低的问题，提供一种无刷双馈电机控制方法、装置及系统。

一种无刷双馈电机控制方法，应用于主机变频器，包括步骤：接收启动指令，并根据测量参数和预设转速计算得到变频器组联系统的输出，所述变频器组联系统包括主机变频器和从机变频器，所述主机变频器与所述从机变频器分别连接无刷双馈电机控制绕组的对应支路；根据所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态；接收到所述从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的所述从机变频器。

在一个实施例中，所述接收启动指令，并根据测量参数和预设转速计算得到变频器组联系统的输出的步骤之前，还包括：根据系统参数计算出所述变频器组联系统需要输出的最大频率；根据所述变频器组联系统需要输出的最大频率得到变频器组联系统中各变频器所需的额定功率。

在一个实施例中，所述接收到所述从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的所述从机变频器的步骤之后，还包括：根据所述预设转速计算出预设转速下所述余下从机变频器和所述主机变频器需要输出的功率；根据所述需要输出的功率、所述余下从机变频器的数量和所述额定功率，判断所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率是否大于所述需要输出的功率；当所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率大于所述需要输出的功率时，则无刷双馈电机继续运行；当所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率大于所述需要输出的功率时，判断所述余下从机变频器对应的各支路是否满足系统出力。

在一个实施例中，还包括步骤：判断所述余下从机变频器连接的控制绕组的对应支路是否满足系统出力。

在一个实施例中，所述根据所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态的步骤，包括：根据所述启动指令，控制所述变频器组联系统的输出，使无刷双馈电机进入异步启动状态；根据通过所述测量参数和所述预设转速计算得到的所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入双馈运行状态。

在一个实施例中，所述根据所述启动指令，控制所述变频器组联系统的输出，使无刷双馈电机进入异步启动状态的步骤，包括：接收所述启动指令，闭合所述主机变频器和所述从机变频器与控制绕组对应支路之间的接触器，同时闭合连接无刷双馈电机功率绕组的高压接触器；控制各所述从机变频器进入异步运行模式，使得无刷双馈电机进入异步启动状态。

在一个实施例中，所述根据通过所述测量参数和所述预设转速计算得到的所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入双馈运行状态的步骤，包括：根据测量得到的功率绕组侧无功功率和电机转速以及所述预设转速，得到控制绕组侧的电流给定值；接收各所述从机变频器采集各自逆变桥输出的三相电流并进行矢量坐标变换后的数据，进行依次叠加，得到控制绕组侧的电流矢量；根据所述电流给定值和所述电流矢量计算出各所述从机变频器需要输出的电压矢量幅值与角度，经调制得到驱动各所述从机变频器的驱动信号。

一种无刷双馈电机控制装置，所述装置包括：指令接收模块，用于接收启动指令，并根据测量参数和预设转速计算得到变频器组联系统的输出，所述变频器组联系统包括主机变频器和从机变频器，所述主机变频器与所述从机变频器分别连接无刷双馈电机控制绕组的对应支路；运行控制模块，用于根据所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态；故障切除模块，用于接收到所述从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的所述从机变频器。

一种无刷双馈电机控制系统，所述系统包括主机变频器和从机变频器，所述主机变频器与所述从机变频器组成变频器组联系统，所述主机变频器和所述从机变频器分别连接无刷双馈电机控制绕组的对应支路，所述主机变频器用于接收启动指令，并根据测量参数和预设转速得到所述变频器组联系统的输出；根据所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态；接收到所述从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的所述从机变频器。

在一个实施例中，所述系统还包括上位机控制终端，所述上位机控制终端与各所述变频器通信连接，所述上位机控制终端用于与所述主机变频器进行数据交互，通过控制所述主机变频器来对所述从机变频器进行控制，从而实现远程操作。

上述无刷双馈电机控制方法、装置和系统，主机变频器与从机变频器分别连接控制绕组对应支路，每台变频器仅需要承担系统总功率的一部分，输出的电流也同样仅为电机总电流的一部分，各变频器逆变桥产生的损耗显著减少，并且采用主机变频器控制变频器组联系统，在发生故障时能够直接切除发生故障的从机变频器，不需备用变频器。与传统的变频器相比，具有可靠性高的优点。

附图说明

图1为一实施例中无刷双馈电机控制方法流程示意图；

图2为一实施例中额定功率计算流程示意图；

图3为一实施例中运行状态流程示意图；

图4为一实施例中异步启动流程示意图；

图5为一实施例中异步启动方法流程图；

图6为一实施例中双馈运行流程示意图；

图7为一实施例中双馈运行示意图；

图8为一实施例中故障状态运行流程示意图；

图9为一实施例中无刷双馈电机控制装置结构示意图；

图10为一实施例中额定功率计算结构示意图；

图11为一实施例中运行状态结构示意图；

图12为一实施例中异步启动结构示意图；

图13为一实施例中双馈运行结构示意图；

图14为一实施例中故障状态运行结构示意图；

图15为一实施例中无刷双馈电机控制系统结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一种无刷双馈电机控制方法，包括以下步骤：

步骤S300，接收启动指令，并根据测量参数和预设转速计算得到变频器组联系统的输出。

变频器组联系统包括主机变频器和从机变频器，主机变频器与从机变频器分别连接无刷双馈电机控制绕组的对应支路。具体地，在变频器组联系统中任选一变频器为主机变频器，其余变频器为从机变频器，各变频器的母线分别连接，所有的变频器之间通信连接。各变频器之间可以是通过工业以太网通信连接，应当指出的是，通信连接的方式并不唯一，只要能实现各变频器之间的快速数据交互即可。变频器组联系统中的所有变频器数量与无刷双馈电机的控制绕组支路数对应，每一变频器均连接对应的控制绕组支路。在主机变频器上设置有所要控制的无刷双馈电机的基本参数、控制参数和保护参数等，主机变频器通过工业以太网将所设置的参数下发到各从机变频器，各从机变频器根据接收到的参数完成参数的初始化设置，并且将初始化设置之后的状态发送到主机变频器。可以理解，主机变频器将所设置的参数下发到各从机变频器是在接收到启动指令之前就已经完成。主机变频器接收到启动指令后，控制从机变频器使无刷双馈电机启动，并且根据采集得到的控制绕组侧的测量参数，得到自身所需要输出电压矢量的幅值与角度，并且控制从机变频器输出与主机变频器输出的同步。

进一步地，请参阅图2，在一个实施例中，步骤S300之前还包括步骤S100和步骤S200。

步骤S100，根据系统参数计算出变频器组联系统需要输出的最大频率。具体地，系统参数包括系统总功率P、无刷双馈电机控制绕组和功率绕组的极对数p₂和p₁，无刷双馈电机的转速运行范围n₁-n₂，根据下述公式计算出无刷双馈电机在转速n₁和n₂下所需要输出的频率：

比较计算得到的f₁和f₂的大小，取较大值记为需要输出的最大频率f。

步骤S200，根据变频器组联系统需要输出的最大频率得到变频器组联系统中各变频器所需的额定功率。具体地，根据系统总功率P和得到的需要输出的最大功率计算得到变频器组联系统需要输出的最低额定总功率P₁，计算公式如下：

根据计算得到的最低额定总功率P₁和所需要控制无刷双馈电机的控制绕组支路数N，选择N台型号和额定功率均相同的变频器，其中，所选变频器的额定功率P₂满足：P₁＜N*P₂。通过上述步骤计算得到所需变频器的额定功率，选择合适功率的变频器，方便后续步骤中对无刷双馈电机的控制。

步骤S400，根据变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态。具体地，主机变频器通过由测量参数等得到的自身和从机变频器的输出电压矢量的幅值与角度，控制无刷双馈电机进入异步启动和双馈运行等状态。

请参阅图3，在一个实施例中，步骤S400包括步骤S410和步骤S420。

步骤S410，根据启动指令，控制变频器组联系统的输出，使无刷双馈电机进入异步启动状态。具体地，主机变频器接收到启动指令后，采用虚拟电阻的方式，控制整个变频器组联系统虚拟电阻软启动，从而实现无刷双馈电机的软启动，在无刷双馈电机的转速上升到自然同步速附近并且平稳运行之后，主机变频器控制各从机变频器进入异步运行模式，使无刷双馈电机稳定运行在异步状态。采用上述启动方法，在整个启动过程中，系统电流控制在额定电流以内，避免了对电网产生冲击，具有安全性强的优点。

进一步地，请参阅图4，在一个实施例中，步骤S410包括步骤S411和步骤S412。

步骤S411，接收启动指令，闭合主机变频器和从机变频器与控制绕组对应支路之间的接触器，同时闭合连接无刷双馈电机功率绕组的高压接触器。具体地，主机变频器接收到启动指令之后，首先控制各从机变频器完成开机启动，控制连接各变频器和无刷双馈电机控制绕组对应支路的接触器闭合，然后控制无刷双馈电机功率绕组与高压电网之间的高压接触器，无刷双馈电机开始启动。启动过程中，主机变频器采用虚拟电阻软启动的方式，控制所有变频器逆变桥上桥臂断开，下桥臂由主变机频器通过工业以太网在每个载波周期刷新各个组联变频器的开通关断时间，具体地，在启动过程中，逆变桥三相上桥臂IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)关断，下桥臂导通占空比由0逐渐上升至1，所有变频器的导通占空比均相同，以保证电机控制绕组各支路的同步。

步骤S412，控制各从机变频器进入异步运行模式，使得无刷双馈电机进入异步启动状态。具体地，无刷双馈电机的转速上升到自然同步速附近并平稳运行之后，主机变频器控制各组联变频器逆变桥下桥臂完全短接，设定各从机变频器为异步运行模式，电机稳定运行于异步状态。采用上述启动的方式，整个启动过程中系统电流控制在额定电流以内，避免对电网产生冲击。

具体地，请参阅图5，主机变频器首先判断是否接收到启动指令，当接受到启动指令时，向从机变频器下发启动指令，控制连接各变频器和无刷双馈电机控制绕组支路的接触器闭合，在接触器闭合之后控制连接高压电网和无刷双馈电机功率绕组的高压接触器闭合，无刷双馈电机开始启动。然后主机变频器计算各从机变频器的导通占空比并下发给各从机变频器，控制各从机变频器进入异步启动状态，使得无刷双馈电机进入异步运行模式。

步骤S420，根据通过测量参数和预设转速计算得到的变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入双馈运行状态。具体地，无刷双馈电机异步启动完成之后，系统由异步运行状态切换为双馈运行状态，待双馈运行状态稳定之后，主机变频器根据预设转速，控制变频器组联系统输出，将无刷双馈电机逐渐拉升至预设转速。

进一步地，请参阅图6-图7，步骤S420包括步骤S421、步骤S422和步骤S423。

步骤S421，根据测量得到的功率绕组侧无功功率和电机转速以及预设转速，得到控制绕组侧的电流给定值。具体地，主机变频器根据测量得到的功率绕组侧无功功率和电机转速以及预设转速，分别经过功率环和转速外环PI(Proportional IntegralController，比例调节和积分调节)控制得到控制绕组侧的电流给定值。

步骤S422，接收各从机变频器采集各自逆变桥输出的三相电流并进行矢量坐标变换后的数据，进行依次叠加，得到控制绕组侧的电流矢量。各从机变频器采集各自逆变桥输出的三相电流，依据统一给定的控制侧矢量角度θ_c对电流进行坐标变换，将变换得到的输出电流dq分量传送给主机变频器。主变频器根据接收到的各从机变频器输出电流dq分量依次叠加，进而得到系统控制绕组总的电流矢量。

步骤S423，根据电流给定值和电流矢量计算出各从机变频器需要输出的电压矢量幅值与角度，经调制得到驱动各从机变频器的驱动信号。具体地，以叠加得到的控制绕组总的电流矢量作为反馈值，经过电流内环计算得到各变频器需要输出的电压矢量与幅值，通过驱动信号发生器的调制得到相应的驱动调制信号。主机变频器通过工业以太网将驱动调制信号传递给各从机变频器，各从机变频器控制本身的逆变桥输出相同的电压，以此来实现变频器组联系统内各变频器的同步输出。在整个控制过程中，各从机变频器本身不运行控制算法，仅根据主机变频器下发的指令参数确定本机的输出及运行自身预设的保护逻辑，主机变频器根据各从机变频器反馈的运行参数实时修正输出参数，保证系统的稳定运行。

步骤S500，接收到从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的从机变频器。具体地，控制无刷双馈电机控制的过程中，当从机变频器发生故障时，从机变频器会将故障信息通过工业以太网发送到主机变频器，主机变频器接收到故障信息时，切除相应的发生故障的从机变频器。

请参阅图8，在一个实施例中，步骤S500之后还包括步骤S600、步骤S700和步骤S800。

步骤S600，根据预设转速计算出预设转速下余下从机变频器和主机变频器需要输出的功率。具体地，主机变频器切除相应的出现故障的从机变频器之后，计算在预设转速下余下从机变频器和主机变频器所要输出的电压频率f^*，计算公式如下：

其中，n^*表示预设转速，p₁与p₂分别表示无刷双馈电机功率绕组和控制绕组的极对数。根据得到的电压频率计算出所需要输出的功率。

步骤S700，根据需要输出的功率、余下从机变频器的数量和额定功率，判断额定功率下余下从机变频器和主机变频器的总输出功率是否大于需要输出的功率。具体地，可以通过下述公式进行比较：

其中，N₁表示剩余从机变频器和主机变频器的数量，P₂表示额定功率。

步骤S800，当额定功率下余下从机变频器和主机变频器的总输出功率大于需要输出的功率时，则无刷双馈电机继续运行。具体地，上述比较式成立时，即余下变频器的总功率大于所需要输出的功率时，变频器组联系统的输出仍能保证系统的正常运行，不需要对系统进行调整，直接切除发生故障的从机变频器即可。在切除发生故障的从机变频器之后，对余下变频器的输出是否满足系统运行需求进行判断，具有可靠性高的优点。

在一个实施例中，请参阅图8，步骤S500之后还包括步骤S900。步骤S900，当额定功率下余下从机变频器和主机变频器的总输出功率不大于需要输出的功率时，则降低预设转速。具体地，在不满足运行需求的情况下，对无刷双馈电机进行降低转速运行处理，直到额定功率下余下从机变频器和主机变频器的总输出功率大于需要输出的功率为止，避免出现系统的输出功率满足不了无刷双馈电机运行需求的情况的发生，具有可靠性高的优点。

进一步地，请继续参阅图8，在一个实施例中，步骤S800和步骤S900之后，还包括步骤S910。步骤S910，判断余下从机变频器连接的控制绕组的对应支路是否满足系统出力。具体地，在对变频器容量是否满足当前工况要求做出判断并执行相应动作之后，即经过调整，使得额定功率下余下从机变频器和主机变频器的总输出功率大于需要输出的功率之后，判断余下从机变频器连接的控制绕组的对应支路是否满足系统出力。通过测量得到控制绕组侧余下各支路当前的电流值，将得到当前控制绕组侧余下各支路当前的电流值与无刷双馈电机控制绕组侧余下各支路的额定电流值进行比较。若当前控制绕组侧余下各支路的电流值均不大于其额定电流值，则维持系统出力不变，若存在当前控制绕组侧余下各支路的电流值大于其额定电流值，则继续降低预设转速，直到当前控制绕组侧的余下各支路的电流值均不大于其额定电流值为止。通过对控制绕组侧电流值的判断，从而对无刷双馈电机的预设转速进行调整，保证无刷双馈电机处于安全运行状态，进一步地提高系统可靠性。

上述无刷双馈电机控制方法，主机变频器与从机变频器分别连接控制绕组对应支路，每台变频器仅需要承担系统总功率的一部分，输出的电流也同样仅为电机总电流的一部分，各变频器逆变桥产生的损耗显著减少，并且采用主机变频器控制变频器组联系统，在发生故障时能够直接切除发生故障的从机变频器，不需备用变频器。与传统的变频器相比，具有可靠性高的优点。

在一个实施例中，请参阅图9，一种无刷双馈电机控制装置，包括指令接收模块300、运行控制模块400和故障切除模块500。

指令接收模块300，接收启动指令，并根据测量参数和预设转速计算得到变频器组联系统的输出。变频器组联系统包括主机变频器和从机变频器，主机变频器与从机变频器分别连接无刷双馈电机控制绕组的对应支路。具体地，在变频器组联系统中任选一变频器为主机变频器，其余变频器为从机变频器，各变频器的母线分别连接，所有的变频器之间通信连接。各变频器之间可以是通过工业以太网通信连接，应当指出的是，通信连接的方式并不唯一，只要能实现各变频器之间的快速数据交互即可。变频器组联系统中的所有变频器数量与无刷双馈电机的控制绕组支路数对应，每一变频器均连接对应的控制绕组支路。在主机变频器上设置有所要控制的无刷双馈电机的基本参数、控制参数和保护参数等，主机变频器通过工业以太网将所设置的参数下发到各从机变频器，各从机变频器根据接收到的参数完成参数的初始化设置，并且将初始化设置之后的状态发送到主机变频器。可以理解，主机变频器将所设置的参数下发到各从机变频器是在接收到启动指令之前就已经完成。主机变频器接收到启动指令后，控制从机变频器使无刷双馈电机启动，并且根据采集得到的控制绕组侧的测量参数，得到自身所需要输出的电压矢量的幅值与角度，并且控制从机变频器输出与主机变频器输出的同步。

进一步地，请参阅图10，在一个实施例中，指令接收模块300之前还包括最大频率计算模块100和额定功率计算模块200。

最大频率计算模块100，根据系统参数计算出变频器组联系统需要输出的最大频率。具体地，系统参数包括系统总功率P、无刷双馈电机控制绕组和功率绕组的极对数p₂和p₁，无刷双馈电机的转速运行范围n₁-n₂，根据下述公式计算出无刷双馈电机在转速n₁和n₂下所需要输出的频率：

比较计算得到的f₁和f₂的大小，取较大值记为需要输出的最大频率f。

额定功率计算模块200，根据变频器组联系统需要输出的最大频率得到变频器组联系统中各变频器所需的额定功率。具体地，根据系统总功率P和得到的需要输出的最大功率计算得到变频器组联系统需要输出的最低额定总功率P₁，计算公式如下：

根据计算得到的最低额定总功率P₁和所需要控制无刷双馈电机的控制绕组支路数N，选择N台型号和额定功率均相同的变频器，其中，所选变频器的额定功率P₂满足：P₁＜N*P₂。通过上述步骤计算得到所需变频器的额定功率，选择合适功率的变频器，方便后续步骤中对无刷双馈电机的控制。

运行控制模块400，根据变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态。具体地，主机变频器通过由测量参数等得到的自身和从机变频器的输出电压矢量的幅值与角度，控制无刷双馈电机进入异步启动和双馈运行等状态。

请参阅图11，在一个实施例中，运行控制模块400包括异步启动模组410和双馈运行模组420。

异步启动模组410，根据启动指令，控制变频器组联系统的输出，使无刷双馈电机进入异步启动状态。具体地，主机变频器接收到启动指令后，采用虚拟电阻的方式，控制整个变频器组联系统虚拟电阻软启动，从而实现无刷双馈电机的软启动，在无刷双馈电机的转速上升到自然同步速附近并且平稳运行之后，主机变频器控制各从机变频器进入异步运行模式，使无刷双馈电机稳定运行在异步状态。采用上述启动方法，在整个启动过程中，系统电流控制在额定电流以内，避免了对电网产生冲击，具有安全性强的优点。

进一步地，请参阅图12，在一个实施例中，异步启动模组410包括闭合单元411和控制单元412。

闭合单元411，接收启动指令，闭合主机变频器和从机变频器与控制绕组对应支路之间的接触器，同时闭合连接无刷双馈电机功率绕组的高压接触器。具体地，主机变频器接收到启动指令之后，首先控制各从机变频器完成开机启动，控制连接各变频器和无刷双馈电机控制绕组对应支路的接触器闭合，然后控制无刷双馈电机功率绕组与高压电网之间的高压接触器，无刷双馈电机开始启动。启动过程中，主机变频器采用虚拟电阻软启动的方式，控制所有变频器逆变桥上桥臂断开，下桥臂由主变机频器通过工业以太网在每个载波周期刷新各个组联变频器的开通关断时间，具体地，在启动过程中，逆变桥三相上桥臂IGBT关断，下桥臂导通占空比由0逐渐上升至1，所有变频器的导通占空比均相同，以保证电机控制绕组各支路的同步。

控制单元412，控制各从机变频器进入异步运行模式，使得无刷双馈电机进入异步启动状态。具体地，无刷双馈电机的转速上升到自然同步速附近并平稳运行之后，主机变频器控制各组联变频器逆变桥下桥臂完全短接，设定各从机变频器为异步运行模式，电机稳定运行于异步状态。采用上述启动的方式，整个启动过程中系统电流控制在额定电流以内，避免对电网产生冲击。

双馈运行模组420，根据通过测量参数和预设转速计算得到的变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入双馈运行状态。具体地，无刷双馈电机异步启动完成之后，系统由异步运行状态切换为双馈运行状态，待双馈运行状态稳定之后，主机变频器根据预设转速，控制变频器组联系统输出，将无刷双馈电机逐渐拉升至预设转速。

进一步地，请参阅图7与图13，双馈运行模组420包括电流给定值计算单元421、叠加单元422和调制单元423。

电流给定值计算单元421，根据测量得到的功率绕组侧无功功率和电机转速以及预设转速，得到控制绕组侧的电流给定值。具体地，主机变频器根据测量得到的功率绕组侧无功功率和电机转速以及预设转速，分别经过功率环和转速外环PI控制得到控制绕组侧的电流给定值。

叠加单元422，接收各从机变频器采集各自逆变桥输出的三相电流并进行矢量坐标变换后的数据，进行依次叠加，得到控制绕组侧的电流矢量。各从机变频器采集各自逆变桥输出的三相电流，依据统一给定的控制侧矢量角度θ_c对电流进行坐标变换，将变换得到的输出电流dq分量传送给主机变频器。主变频器根据接收到的各从机变频器输出电流dq分量依次叠加，进而得到系统控制绕组总的电流矢量。

调制单元423，根据电流给定值和电流矢量计算出各从机变频器需要输出的电压矢量幅值与角度，经调制得到驱动各从机变频器的驱动信号。具体地，以叠加得到的控制绕组总的电流矢量作为反馈值，经过电流内环计算得到各变频器需要输出的电压矢量与幅值，通过驱动信号发生器的调制得到相应的驱动调制信号。主机变频器通过工业以太网将驱动调制信号传递给各从机变频器，各从机变频器控制本身的逆变桥输出相同的电压，以此来实现变频器组联系统内各变频器的同步输出。在整个控制过程中，各从机变频器本身不运行控制算法，仅根据主机变频器下发的指令参数确定本机的输出及运行自身预设的保护逻辑，主机变频器根据各从机变频器反馈的运行参数实时修正输出参数，保证系统的稳定运行。

故障切除模块500，接收到从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的从机变频器。具体地，控制无刷双馈电机控制的过程中，当从机变频器发生故障时，从机变频器会将故障信息通过工业以太网发送到主机变频器，主机变频器接收到故障信息时，切除相应的发生故障的从机变频器。

请参阅图14，在一个实施例中，故障切除模块500之后还包括输出功率计算模块600、判断模块700和转速调节模块800。

输出功率计算模块600，根据预设转速计算出预设转速下余下从机变频器和主机变频器需要输出的功率。具体地，主机变频器切除相应的出现故障的从机变频器之后，计算在预设转速下余下从机变频器和主机变频器所要输出的电压频率f^*，计算公式如下：

其中，n^*表示预设转速，p₁与p₂分别表示无刷双馈电机功率绕组和控制绕组的极对数。根据得到的电压频率计算出所需要输出的功率。

判断模块700，根据需要输出的功率、余下从机变频器的数量和额定功率，判断额定功率下余下从机变频器和主机变频器的总输出功率是否大于需要输出的功率。具体地，可以通过下述公式进行比较：

其中，N₁表示剩余从机变频器和主机变频器的数量，P₂表示额定功率。

当额定功率下余下从机变频器和主机变频器的总输出功率大于需要输出的功率时，则无刷双馈电机继续运行。具体地，上述比较式成立时，即余下变频器的总功率大于所需要输出的功率时，变频器组联系统的输出仍能保证系统的正常运行，不需要对系统进行调整，直接切除发生故障的从机变频器即可。在切除发生故障的从机变频器之后，对余下变频器的输出是否满足系统运行需求进行判断，具有可靠性高的优点。

转速调节模块800，当额定功率下余下从机变频器和主机变频器的总输出功率不大于需要输出的功率时，则降低预设转速。具体地，在不满足运行需求的情况下，对无刷双馈电机进行降低转速运行处理，直到额定功率下余下从机变频器和主机变频器的总输出功率大于需要输出的功率为止，避免出现系统的输出功率满足不了无刷双馈电机运行需求的情况的发生，具有可靠性高的优点。

进一步地，在一个实施例中，还判断余下从机变频器连接的控制绕组的对应支路是否满足系统出力。具体地，在对变频器容量是否满足当前工况要求做出判断并执行相应动作之后，即经过调整，使得额定功率下余下从机变频器和主机变频器的总输出功率大于需要输出的功率之后，判断余下从机变频器连接的控制绕组的对应支路是否满足系统出力。通过测量得到控制绕组侧余下各支路当前的电流值，将得到当前控制绕组侧余下各支路当前的电流值与无刷双馈电机控制绕组侧余下各支路的额定电流值进行比较。若当前控制绕组侧余下各支路的电流值均不大于其额定电流值，维持系统出力不变，若存在当前控制绕组侧余下各支路的电流值大于其额定电流值，则继续降低预设转速，直到当前控制绕组侧余下各支路的电流值均不大于其额定电流值为止。通过对控制绕组侧电流值的判断，从而对无刷双馈电机的预设转速进行调整，保证无刷双馈电机处于安全运行状态，进一步地提高系统可靠性。

上述无刷双馈电机控制装置，主机变频器与从机变频器分别连接控制绕组对应支路，每台变频器仅需要承担系统总功率的一部分，输出的电流也同样仅为电机总电流的一部分，各变频器逆变桥产生的损耗显著减少，并且采用主机变频器控制变频器组联系统，在发生故障时能够直接切除发生故障的从机变频器，不需备用变频器。与传统的变频器相比，具有可靠性高的优点。

请参阅图15，一种无刷双馈电机控制系统，包括主机变频器和从机变频器，主机变频器与从机变频器组成变频器组联系统12，主机变频器和从机变频器分别连接无刷双馈电机控制绕组14的对应支路，主机变频器用于接收启动指令，并根据测量参数和预设转速得到变频器组联系统12的输出；根据变频器组联系统12的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态；接收到从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的从机变频器。具体地，无刷双馈电机控制系统还包括接触器13和高压接触器15，接触器13一端连接变频器组联系统12中的变频器，另一端连接无刷双馈电机控制绕组14的各支路，高压接触器15的一端连接无刷双馈电机的功率绕组，另一端连接高压断路器16，高压断路器16的另一端连接外部高压电网，在一般情况下，高压断路器16处于闭合状态。进一步地，在变频器组联系统12中任选一变频器为主机变频器，其余变频器为从机变频器。其中，变频器组联系统12中的变频器数量、接触器13的数量的无刷双馈电机控制绕组14的支路数一致。无刷双馈电机控制系统运行时实现上述无刷双馈电机控制方法中的所有步骤。

在一个实施例中，无刷双馈电机控制系统还包括上位机控制终端11，上位机控制终端11与变频器组联系统12中的各变频器通信连接，上位机控制终端11用于与主机变频器进行数据交互，通过控制主机变频器来对从机变频器进行控制，从而实现远程操作。具体地，上位机控制终端11与主机变频器进行数据交互并控制主机变频器实现上述无刷双馈电机控制方法中的所有步骤。采用上位机控制终端11对主机变频器进行控制从而实现对从机变频器的控制，使无刷双馈电机进入相应状态，可以远离无刷双馈电机对无刷双馈电机进行控制，具有很强的便利性。

上述无刷双馈电机控制系统，主机变频器与从机变频器分别连接控制绕组对应支路，每台变频器仅需要承担系统总功率的一部分，输出的电流也同样仅为电机总电流的一部分，各变频器逆变桥产生的损耗显著减少，并且采用主机变频器控制变频器组联系统，在发生故障时能够直接切除发生故障的从机变频器，不需备用变频器。与传统的变频器相比，具有可靠性高的优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种无刷双馈电机控制方法，其特征在于，应用于主机变频器，所述方法包括如下步骤：

根据系统参数计算出变频器组联系统需要输出的最大频率；

根据所述变频器组联系统需要输出的最大频率得到变频器组联系统中各变频器所需的额定功率；

接收启动指令，并根据测量参数和预设转速计算得到所述变频器组联系统的输出，所述变频器组联系统包括主机变频器和从机变频器，所述主机变频器与所述从机变频器分别连接无刷双馈电机控制绕组的对应支路，所述变频器组联系统的输出包括所述主机变频器的输出电压矢量的幅值与角度，以及所述从机变频器的输出电压矢量幅值与角度；

根据所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态；

接收到所述从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的所述从机变频器；

根据所述预设转速计算出预设转速下余下从机变频器和所述主机变频器需要输出的功率；

根据所述需要输出的功率、所述余下从机变频器的数量和所述额定功率，判断所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率是否大于所述需要输出的功率；

当所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率大于所述需要输出的功率时，则无刷双馈电机继续按预设转速运行；

当所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率不大于所述需要输出的功率时，则降低所述预设转速。

2.根据权利要求1所述的无刷双馈电机控制方法，其特征在于，还包括步骤：

判断所述余下从机变频器连接的控制绕组的对应支路是否满足系统出力。

3.根据权利要求1所述的无刷双馈电机控制方法，其特征在于，所述根据所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态的步骤，包括：

根据所述启动指令，控制所述变频器组联系统的输出，使无刷双馈电机进入异步启动状态；

根据通过所述测量参数和所述预设转速计算得到的所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入双馈运行状态。

4.根据权利要求3所述的无刷双馈电机控制方法，其特征在于，所述根据所述启动指令，控制所述变频器组联系统的输出，使无刷双馈电机进入异步启动状态的步骤，包括：

接收所述启动指令，闭合所述主机变频器和所述从机变频器与控制绕组对应支路之间的接触器，同时闭合连接无刷双馈电机功率绕组的高压接触器；

控制各所述从机变频器进入异步运行模式，使得无刷双馈电机进入异步启动状态。

5.根据权利要求3所述的无刷双馈电机控制方法，其特征在于，所述根据通过所述测量参数和所述预设转速计算得到的所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入双馈运行状态的步骤，包括：

根据测量得到的功率绕组侧无功功率和电机转速以及所述预设转速，得到控制绕组侧的电流给定值；

接收各所述从机变频器采集各自逆变桥输出的三相电流并进行矢量坐标变换后的数据，进行依次叠加，得到控制绕组侧的电流矢量；

根据所述电流给定值和所述电流矢量计算出各所述从机变频器需要输出的电压矢量幅值与角度，经调制得到驱动各所述从机变频器的驱动信号。

6.一种无刷双馈电机控制装置，其特征在于，所述装置包括：

最大频率计算模块，用于根据系统参数计算出变频器组联系统需要输出的最大频率

额定功率计算模块，用于根据所述变频器组联系统需要输出的最大频率得到变频器组联系统中各变频器所需的额定功率；

指令接收模块，用于接收启动指令，并根据测量参数和预设转速计算得到所述变频器组联系统的输出，所述变频器组联系统包括主机变频器和从机变频器，所述主机变频器与所述从机变频器分别连接无刷双馈电机控制绕组的对应支路，所述变频器组联系统的输出包括所述主机变频器的输出电压矢量的幅值与角度，以及所述从机变频器的输出电压矢量幅值与角度；

运行控制模块，用于根据所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态；

故障切除模块，用于接收到所述从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的所述从机变频器；

输出功率计算模块，用于根据所述预设转速计算出预设转速下余下从机变频器和所述主机变频器需要输出的功率；

判断模块，用于根据所述需要输出的功率、所述余下从机变频器的数量和所述额定功率，判断所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率是否大于所述需要输出的功率；

转速调节模块，用于当所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率大于所述需要输出的功率时，则无刷双馈电机继续按预设转速运行；当所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率不大于所述需要输出的功率时，则降低所述预设转速。

7.一种无刷双馈电机控制系统，其特征在于，所述系统包括主机变频器和从机变频器，所述主机变频器与所述从机变频器组成变频器组联系统，所述主机变频器和所述从机变频器分别连接无刷双馈电机控制绕组的对应支路，

所述主机变频器用于根据系统参数计算出变频器组联系统需要输出的最大频率；根据所述变频器组联系统需要输出的最大频率得到变频器组联系统中各变频器所需的额定功率；接收启动指令，并根据测量参数和预设转速得到所述变频器组联系统的输出；根据所述变频器组联系统的输出，控制无刷双馈电机进入相应的运行状态；接收到所述从机变频器发送的故障信息时，切除相应的发生故障的所述从机变频器；根据所述预设转速计算出预设转速下余下从机变频器和所述主机变频器需要输出的功率；根据所述需要输出的功率、所述余下从机变频器的数量和所述额定功率，判断所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率是否大于所述需要输出的功率；当所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率大于所述需要输出的功率时，则无刷双馈电机继续按预设转速运行；当所述额定功率下所述余下从机变频器和所述主机变频器的总输出功率不大于所述需要输出的功率时，则降低所述预设转速；所述变频器组联系统的输出包括所述主机变频器的输出电压矢量的幅值与角度，以及所述从机变频器的输出电压矢量幅值与角度。

8.根据权利要求7所述的无刷双馈电机控制系统，其特征在于，所述系统还包括上位机控制终端，所述上位机控制终端与各所述变频器通信连接，

所述上位机控制终端用于与所述主机变频器进行数据交互，通过控制所述主机变频器来对所述从机变频器进行控制，从而实现远程操作。

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