CN113809881A - 一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法 - Google Patents

一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113809881A
CN113809881A CN202010543673.7A CN202010543673A CN113809881A CN 113809881 A CN113809881 A CN 113809881A CN 202010543673 A CN202010543673 A CN 202010543673A CN 113809881 A CN113809881 A CN 113809881A
Authority
CN
China
Prior art keywords
permanent magnet
magnet generator
generator
output voltage
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010543673.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113809881B (zh
Inventor
户恒在
王绪龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Machinery Equipment Research Institute
Original Assignee
Beijing Machinery Equipment Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Machinery Equipment Research Institute filed Critical Beijing Machinery Equipment Research Institute
Priority to CN202010543673.7A priority Critical patent/CN113809881B/zh
Publication of CN113809881A publication Critical patent/CN113809881A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113809881B publication Critical patent/CN113809881B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P9/305—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Abstract

本发明涉及一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法，属于永磁发电机技术领域，解决了现有技术中永磁发电机组体积庞大，且输出电压稳定性差，可靠性低的问题。该装置包括：永磁发电机，与柴油机连接，将柴油机产生的机械能转化为电能；永磁发电机的三相输出端及零线端与外部负载连接，对外部负载供电；静止无功发生器与永磁发电机的三相输出端并联，并与外部负载并联；静止无功发生器根据永磁发电机输出电压和静止无功发生器的电流生成对应占空比的PWM信号，进而控制静止无功发生器调控永磁发电机的无功功率，以稳定永磁发电机的输出电压。该装置基于静止无功发生器控制永磁发电机的电压稳定输出，不仅大大缩小了永磁发电机组的体积，并提高了其输出电压的可靠性。

Description

一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法
技术领域
本发明涉及永磁发电机技术领域，尤其涉及一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法。
背景技术
近几年，随着新能源技术的发展，交流永磁发电机因其具有效率高，结构简单，体积小，免维护等优点，在柴油发电机组方面得到了越来越多的应用。在恒转速条件下，交流永磁发电机输出电压频率稳定，但其输出电压由于内阻、漏抗等参数影响，随负载增加而降低。同时永磁发电机内部主磁场由永磁磁性材料产生，磁性能受温度影响较大，其输出电压随环境温度、温升的变化而变化，交流永磁同步发电机输出电压调整率较大，极大地限制了其应用。
现有的永磁发电机稳压方法包括：一是实时调整柴油机转速以改变永磁发电机转速。当负载增加时或发电机内部温度升高时，永磁发电机电压会自然下垂，为保持电压不变，提升柴油机转速，使永磁发电机输出在额定电压；二是采用PWM整流的方式在永磁发电机组输出端加装AC-DC电源模块，输出为直流电，并增加逆变模块，以稳定输出电压；三是在永磁发电机组的转轴上增加偏移装置，通过调整定转子磁场面积的方式改变输出电压大小。
现有技术至少存在以下缺陷，一是通过调节柴油机转速的方式以稳定输出电压，会改变输出电压的频率；二是采用PWM整流的方式其实为AC-DC-AC变换，永磁发电机与控制模块串联，控制模块一旦故障，永磁发电机将无法工作，可靠性低；三是增加偏移装置，会使永磁发电机组反应速度慢、瞬态特性较差，能够实际使用的场合较少。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法，用以解决现有永磁发电机组体积庞大，且输出电压稳定性差，可靠性低的问题。
一方面，本发明提供了一种稳压永磁发电机组装置，包括：
永磁发电机，通过联轴器与柴油机连接，用于将柴油机产生的机械能转化为电能；
永磁发电机的三相输出端及零线端与外部负载连接，对外部负载供电；
静止无功发生器，与所述永磁发电机的三相输出端并联，并与所述外部负载并联；
所述静止无功发生器用于根据所述永磁发电机输出电压和静止无功发生器的电流生成对应占空比的PWM信号，进而控制所述静止无功发生器从所述永磁发电机吸收相应的无功功率或向所述永磁发电机输出相应的无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压。
进一步的，所述静止无功发生器包括电流采样器和电压采样器，分别用于采集所述永磁发电机三相输出端的输出电压信号以及所述静止无功发生器的电流信号，并发送至所述静止无功发生器。
进一步的，所述静止无功发生器还包括主控单元、驱动单元及功率单元；
所述主控单元，用于根据采集的所述永磁发电机输出电压信号和所述静止无功发生器的电流信号，生成具有对应占空比的PWM控制信号；
所述驱动单元，用于放大所述PWM控制信号；
所述功率单元根据所述PWM控制信号控制其内部电压功率器件的开通和关断，进而调控所述静止无功发生器的电流，以稳定所述永磁发电机的输出电压。
进一步的，当外部负载增大时，所述永磁发电机的输出电压降低，所述主控单元生成占空比增大的PWM控制信号，进而调控所述静止无功发生器的输出电压增大、电流相位超前所述永磁发电机的输出电压相位90°，此时，所述功率单元相当于纯容性负载，向所述永磁发电机输入无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压；
当外部负载减小时，所述永磁发电机的输出电压升高，所述主控单元生成占空比减小的PWM控制信号，进而调控所述静止无功发生器的输出电压减小、电流相位滞后所述永磁发电机的输出电压相位90°，此时，所述功率单元相当于纯感性负载，从所述永磁发电机吸收无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压。
进一步的，所述主控单元包括锁相环、坐标变换器、第一控制器、第二控制器、第三控制器及PWM发生器；
所述锁相环，根据采集到的所述永磁发电机的输出电压信号获得永磁发电机的输出电压幅值和输出电压相位；
所述坐标变换器，用于根据采集到的所述静止无功发生器的电流信号及所述永磁发电机的输出电压相位获得所述静止无功发生器的直轴电流信号和交轴电流信号；
所述第一控制器，用于根据所述永磁发电机的输出电压幅值和额定电压幅值进行自适应闭环调节获得参考电流信号；
所述第二控制器，用于根据所述直轴电流信号和参考电流信号进行自适应闭环调节获得无功参考电压信号；
所述第三控制器，用于根据所述交轴电流信号与目标电流信号进行自适应闭环调节获得有功参考电压信号；
所述PWM发生器，用于根据所述无功参考电压信号和有功参考电压信号生成对应占空比的PWM控制信号。
进一步的，所述目标电流信号为电流大小为0的信号，对应生成的PWM控制信号使所述静止无功发生器的输出电压相位与所述永磁发电机的输出电压相位相同，进而使所述静止无功发生器不改变所述永磁发电机的有功功率。
进一步的，所述电流采样器为电流霍尔传感器，所述电压采样器为电压霍尔传感器。
另一方面，本发明提供了一种永磁发电机组稳压控制方法，利用上述稳压永磁发电机组装置，该方法包括：
采集永磁发电机三相输出端的输出电压及静止无功发生器的电流；
根据所述永磁发电机三相输出端的输出电压及静止无功发生器的电流生成对应占空比的PWM信号；
根据所述PWM信号控制所述静止无功发生器从所述永磁发电机吸收相应的无功功率或向所述永磁发电机输出相应的无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压。
进一步的，当所述永磁发电机的外部负载增大时，所述永磁发电机的输出电压降低，生成占空比增大的PWM控制信号，进而调控所述静止无功发生器的输出电压增大、电流相位超前所述永磁发电机的输出电压相位90°，此时，所述功率单元相当于纯容性负载，向所述永磁发电机输入无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压；
当永磁发电机的外部负载减小时，所述永磁发电机的输出电压升高，生成占空比减小的PWM控制信号，进而调控所述静止无功发生器的输出电压减小、电流相位滞后所述永磁发电机的输出电压相位90°，此时，所述功率单元相当于纯感性负载，从所述永磁发电机吸收无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压。
进一步的，根据所述永磁发电机三相输出端的输出电压及静止无功发生器的电流生成对应占空比的PWM信号，包括：
根据采集到的所述永磁发电机的输出电压信号获得永磁发电机的输出电压幅值和输出电压相位；
根据采集到的所述静止无功发生器的电流信号及所述永磁发电机的输出电压相位获得所述静止无功发生器的直轴电流信号和交轴电流信号；
根据所述永磁发电机的输出电压幅值和额定电压幅值进行自适应闭环调节获得参考电流信号；
根据所述直轴电流信号和参考电流信号进行自适应闭环调节获得无功参考电压信号；
根据所述交轴电流信号与目标电流信号进行自适应闭环调节获得有功参考电压信号；
根据所述无功参考电压信号和有功参考电压信号生成对应占空比的PWM控制信号；
所述目标电流信号为电流大小为0的信号，对应生成的PWM控制信号使所述静止无功发生器的输出电压相位与所述永磁发电机的输出电压相位相同，进而使所述静止无功发生器不改变所述永磁发电机的有功功率。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、本申请首次创造性地将静止无功发生器与永磁发电机组相结合，通过静止无功发生器从永磁发电机组吸收功率或者想永磁发电机组输入功率，实现实时调整永磁发电机的输出电压，以使永磁发电机的输出电压稳定在额定电压。
2、本发明将静止无功发生器与负载并联，改变了传统的串联方式，使静止无功发生器出现故障时，永磁发电机仍能为负载供电。
3、本发明使用静止无功发生器控制永磁发电机的输出电压，与传统的永磁发电机组相比缩小了机组体积，大大节约了空间并减轻了负重。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可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说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例稳压永磁发电机组装置的示意图；
图2为本发明实施例主控单元的示例图；
图3为本发明实施例功率单元为两电平电压型三相桥式电路时的示意图；
图4为本发明实施例功率单元为两电平电流型三相桥式电路时的示意图；
图5为本发明实施例永磁发电机的输出电压降低时，其输出电流和输出电压的相量图；
图6为本发明实施例静止无功发生器对永磁发电机输出电压降低时进行稳压后的永磁发电机的输出电流和输出电压的相量图；
图7为本发明永磁发电机的输出电压升高时，其输出电流和输出电压的相量图；
图8为本发明实施例静止无功发生器对永磁发电机输出电压升高时进行稳压后的永磁发电机的输出电流和输出电压的相量图；
图9为本发明实施例电流霍尔传感器的示意图；
图10为本发明实施例电压霍尔传感器的示意图；
图11为本发明实施例永磁发电机稳压控制方法的流程图；
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
装置实施例
本发明的一个具体实施例，公开了一种稳压永磁发电机组装置。如图1所示，该装置包括：
永磁发电机，通过联轴器与柴油机连接，用于将柴油机产生的机械能转化为电能。
永磁发电机的三相输出端及零线端与外部负载连接，对外部负载供电。
静止无功发生器，与永磁发电机的三相输出端并联，并与外部负载并联。
静止无功发生器用于根据永磁发电机输出电压和静止无功发生器的电流生成对应占空比的PWM信号，进而控制静止无功发生器从永磁发电机吸收相应的无功功率或向永磁发电机输出相应的无功功率，以稳定永磁发电机的输出电压。
优选的，还包括散热器，用于对柴油机和发电机进行冷却散热，使发电机温升稳定在允许范围内。
优选的，静止无功发生器包括电流采样器和电压采样器，分别用于采集永磁发电机三相输出端的输出电压信号以及静止无功发生器的电流信号，并发送至静止无功发生器。
具体的，静止无功发生器还包括主控单元、驱动单元及功率单元。
其中，主控单元，用于根据采集的永磁发电机输出电压信号和静止无功发生器的电流信号，生成具有对应占空比的PWM控制信号。
具体的，如图2所示，主控单元包括锁相环、坐标变换器、第一控制器、第二控制器、第三控制器及PWM发生器。优选的，第一控制器、第二控制器及第三控制器均为PI控制器。
其中，锁相环，根据采集到的永磁发电机的输出电压信号获得永磁发电机的输出电压幅值和输出电压相位。具体的，永磁发电机的三相输出端的输出电压信号分别为ua、ub及uc，作为锁相环的输入信号，经该锁相环调制后获得永磁发电机的输出电压幅值Up和输出电压相位θ。
以及，坐标变换器，根据采集到的静止无功发生器的电流信号ia、ib及ic及永磁发电机的输出电压相位θ获得静止无功发生器的直轴电流信号id和交轴电流信号iq。具体的，坐标变换器可以根据三相坐标系中的静止无功发生器的电流信号ia、ib及ic，并结合永磁发电机的输出电压相位θ，通过矩阵变换获得旋转坐标系中的静止无功发生器的直轴电流信号id和交轴电流信号iq。其中，直轴电流信号id为无功电流信号，交轴电流信号iq为有功电流信号。
第一控制器，根据永磁发电机的输出电压幅值Up和额定电压幅值Uref进行自适应闭环调节获得参考电流信号。具体的，第一控制器根据输出电压幅值Up和额定电压幅值Uref的差值进行自适应调节减小偏差，并获得对应的参考电流信号idref。
第二控制器，根据获得的直轴电流信号id和参考电流信号idref进行自适应闭环调节获得无功参考电压信号。具体的，第二控制器根据获得的直轴电流信号id和参考电流信号idref的差值进行自适应调节，以减小偏差，并获得对应的无功参考电压信号。
第三控制器，根据交轴电流信号iq与目标电流信号进行自适应闭环调节获得有功参考电压信号。具体的，第三控制器根据获得的交轴电流信号iq和目标电流信号的差值进行自适应调节，以减小偏差，并获得对应的有功参考电压信号。
PWM发生器，根据获得的无功参考电压信号和有功参考电压信号生成对应占空比的PWM控制信号。
考虑到在利用静止无功发生器对永磁发电机的输出电压进行稳压调控的过程中，不能改变永磁发电机的有功功率，所以目标电流信号为电流大小为0的信号，对应生成的PWM控制信号使静止无功发生器的输出电压相位与永磁发电机的输出电压相位相同，进而使静止无功发生器不改变永磁发电机的有功功率。
考虑到PWM发生器生成的PWM控制信号比较微弱，因此采用驱动单元对PWM控制信号进行放大。
功率单元根据PWM控制信号控制其内部电压功率器件的开通和关断，进而调控静止无功发生器的电流，以稳定永磁发电机的输出电压。
示例性的，该功率单元可以是两电平电压型三相桥式电路，具体如3所示。此时，采集的静止无功发生器的电流ia、ib及ic即为分别流经三个电抗器的电流。优选的，静止无功发生器的功率单元还可以是采用全控器件(如IGBT、MOSFET等)的两电平电压型三相桥式电路，如图4所示；也可以采用晶闸管等半控器件，或多电平拓扑等其他类型的无功发生电路，即该无功电路可以从永磁发电机中吸收无功功率或向永磁发电机输入功率。
优选的，当外部负载增大时，永磁发电机的输出电压降低，主控单元生成占空比增大的PWM控制信号，进而调控静止无功发生器的输出电压增大、电流相位超前永磁发电机的输出电压相位90°，此时，功率单元相当于纯容性负载，向永磁发电机输入无功功率，以稳定永磁发电机的输出电压。
优选的，生成的占空比增大的PWM信号作用到功率单元，在功率单元产生三相输出电压。此时功率单元内的电抗器一侧是永磁发电机的的三相输出电压，电抗器另一侧是功率单元的三相输出电压，相位一致、幅值不一致的电压作用在电抗器上并产生电流，此时，电抗器相当于电容，因此产生的电流的相位会超前永磁发电机输出电压的相位90°。
具体的，永磁发电机的输出电压降低时，其输出电流和输出电压的相量图如图5所示，永磁发电机输出端电压U低于额定电压UN，永磁发电机输出电流I1等于流经外部负载的电流IL。为使永磁发电机输出电压稳定，利用静止无功发生器对其输出电压进行调整，调整后永磁发电机的输出电压和输出电流相量图如图6所示，其中，X1表示永磁发电机定子漏抗，Xd为永磁发电机直轴同步电抗，Xq为永磁发电机交轴同步电抗，I1为永磁发电机定子电流，Id为永磁发电机直轴电流，Iq为永磁发电机交轴电流。从图6可以看出，静止无功发生器电流Is与负载电流IL矢量合成得到永磁发电机输出电流I1，具体的，静止无功发生器通过向永磁发电机输入功率改变了定子相电流的幅值、相位，同时改变了同步电抗、内阻R1产生的压降，进而改变了永磁发电机输出电压幅值。此时静止无功发生器电流Is超前永磁发电机输出电压U 90度，静止无功发生器相当于纯容性负载。
当外部负载减小时，永磁发电机的输出电压升高，主控单元生成占空比减小的PWM控制信号，进而调控静止无功发生器的输出电压减小、电流相位滞后永磁发电机的输出电压相位90°，此时，功率单元相当于纯感性负载，从永磁发电机吸收无功功率，以稳定永磁发电机的输出电压。
具体的，此时的电抗器相当于电感，因此产生的电流的相位会落后永磁发电机输出电压的相位90°。
具体的，当外部负载减小时，永磁发电机输出端电压U大于额定电压UN，如图7所示，永磁发电机输出电流I1等于负载电流IL。为维持永磁发电机输出电压稳定，通过静止无功发生器从永磁发电机吸收无功功率，稳压后永磁发电机的输出电流和输出电压的相量图如图8所示，静止无功发生器电流Is与负载电流IL矢量合成得到永磁发电机输出电流I1，静止无功发生器改变了定子相电流的幅值、相位，同时改变了同步电抗、内阻产生的压降，进而改变了永磁发电机输出电压幅值。此时，静止无功发生器电流Is滞后永磁发电机输出电压U 90度，静止无功发生器相当于纯感性负载。
优选的，电流采样器为电流霍尔传感器。具体的，电流采样不限于基于霍尔效应得到，还可以利用采样电阻将电流信号转换为电压信号进行采样，如图9所示，被测导线穿过电流霍尔传感器中间窗口，电流霍尔传感器输出与电流成比例关系的电压信号，电压信号经过信号调理电路转换为标准电压信号，输入到静止无功发生器的主控单元中。其中信号调理电路主要由运算放大器、电阻、电容、电源等构成。
电压采样器为电压霍尔传感器，优选的，采用电压霍尔传感器进行电压采样，当然电压采样不局限于基于霍尔效应得到，还可以利用分压电阻将高压信号转换为低压信号进行采样。如图10所示，永磁发电机电压输出端连接到电压霍尔输入端，电压霍尔传感器输出与电压成比例关系的电压信号，电压信号经过信号调理电路转换为标准电压信号，输入到静止无功发生器的主控单元中。其中信号调理电路主要由运算放大器、电阻、电容、电源等构成。
与现有技术相比，本发明提出的稳压永磁发电机组装置，首先，首次创造性地将静止无功发生器与永磁发电机组相结合，通过静止无功发生器从永磁发电机组吸收功率或者想永磁发电机组输入功率，实现实时调整永磁发电机的输出电压，以使永磁发电机的输出电压稳定在额定电压。其次，将静止无功发生器与负载并联，改变了传统的串联方式，使静止无功发生器出现故障时，永磁发电机仍能为负载供电。最后，本发明使用静止无功发生器控制永磁发电机的输出电压，与传统的永磁发电机组相比缩小了机组体积，大大节约了空间并减轻了负重。
方法实施例
本发明的另一个实施例，公开了一种永磁发电机组稳压控制方法，利用上述稳压永磁发电机组装置。如图11所示，该方法包括：
分别利用静止无功发生器中的电压霍尔传感器和电流霍尔传感器采集永磁发电机三相输出端的输出电压及静止无功发生器的电流。
根据永磁发电机三相输出端的输出电压及静止无功发生器的电流生成对应占空比的PWM信号。
根据PWM信号控制静止无功发生器从永磁发电机吸收相应的无功功率或向永磁发电机输出相应的无功功率，以稳定永磁发电机的输出电压。
优选的，当永磁发电机的外部负载增大时，永磁发电机的输出电压降低，静止无功发生器中的主控单元生成占空比增大的PWM控制信号，进而调控静止无功发生器的输出电压增大、电流相位超前永磁发电机的输出电压相位90°，此时，功率单元相当于纯容性负载，向永磁发电机输入无功功率，以稳定永磁发电机的输出电压。
当永磁发电机的外部负载减小时，永磁发电机的输出电压升高，静止无功发生器的主控的单元生成占空比减小的PWM控制信号，进而调控静止无功发生器的输出电压减小、电流相位滞后永磁发电机的输出电压相位90°，此时，功率单元相当于纯感性负载，从永磁发电机吸收无功功率，以稳定永磁发电机的输出电压。
优选的，根据永磁发电机三相输出端的输出电压及静止无功发生器的电流生成对应占空比的PWM信号，包括：
利用静止无功发生器中的锁相环根据采集到的永磁发电机的输出电压信号获得永磁发电机的输出电压幅值和输出电压相位。
利用静止无功发生器的坐标变换器根据采集到的静止无功发生器的电流信号及永磁发电机的输出电压相位获得静止无功发生器的直轴电流信号和交轴电流信号。
利用静止无功发生器中的第一控制器根据永磁发电机的输出电压幅值和额定电压幅值进行自适应闭环调节获得参考电流信号。
利用静止无功发生器中的第二控制器根据直轴电流信号和参考电流信号进行自适应闭环调节获得无功参考电压信号。
利用静止无功发生器中的第三控制器根据交轴电流信号与目标电流信号进行自适应闭环调节获得有功参考电压信号。
利用静止无功发生器中的PWM发生器根据无功参考电压信号和有功参考电压信号生成对应占空比的PWM控制信号。
考虑到在利用静止无功发生器对永磁发电机的输出电压进行稳压调控的过程中，不能改变永磁发电机的有功功率，所以目标电流信号为电流大小为0的信号，对应生成的PWM控制信号使静止无功发生器的输出电压相位与永磁发电机的输出电压相位相同，进而使静止无功发生器不改变永磁发电机的有功功率。
与现有技术相比，本发明提出的永磁发电机组稳压控制方法，首先，首次创造性地将静止无功发生器与永磁发电机组相结合，通过静止无功发生器从永磁发电机组吸收功率或者想永磁发电机组输入功率，实现实时调整永磁发电机的输出电压，以使永磁发电机的输出电压稳定在额定电压。其次，将静止无功发生器与负载并联，改变了传统的串联方式，使静止无功发生器出现故障时，永磁发电机仍能为负载供电。最后，本发明使用静止无功发生器控制永磁发电机的输出电压，与传统的永磁发电机组相比缩小了机组体积，大大节约了空间并减轻了负重。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种稳压永磁发电机组装置，其特征在于，包括：
永磁发电机，通过联轴器与柴油机连接，用于将柴油机产生的机械能转化为电能；
永磁发电机的三相输出端及零线端与外部负载连接，对外部负载供电；
静止无功发生器，与所述永磁发电机的三相输出端并联，并与所述外部负载并联；
所述静止无功发生器用于根据所述永磁发电机输出电压和静止无功发生器的电流生成对应占空比的PWM信号，进而控制所述静止无功发生器从所述永磁发电机吸收相应的无功功率或向所述永磁发电机输出相应的无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种稳压永磁发电机组装置，其特征在于，所述静止无功发生器包括电流采样器和电压采样器，分别用于采集所述永磁发电机三相输出端的输出电压信号以及所述静止无功发生器的电流信号，并发送至所述静止无功发生器。
3.根据权利要求2所述的一种稳压永磁发电机组装置，其特征在于，所述静止无功发生器还包括主控单元、驱动单元及功率单元；
所述主控单元，用于根据采集的所述永磁发电机输出电压信号和所述静止无功发生器的电流信号，生成具有对应占空比的PWM控制信号；
所述驱动单元，用于放大所述PWM控制信号；
所述功率单元根据所述PWM控制信号控制其内部电压功率器件的开通和关断，进而调控所述静止无功发生器的电流，以稳定所述永磁发电机的输出电压。
4.根据权利要求3所述的一种稳压永磁发电机组装置，其特征在于，
当外部负载增大时，所述永磁发电机的输出电压降低，所述主控单元生成占空比增大的PWM控制信号，进而调控所述静止无功发生器的输出电压增大、电流相位超前所述永磁发电机的输出电压相位90°，此时，所述功率单元相当于纯容性负载，向所述永磁发电机输入无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压；
当外部负载减小时，所述永磁发电机的输出电压升高，所述主控单元生成占空比减小的PWM控制信号，进而调控所述静止无功发生器的输出电压减小、电流相位滞后所述永磁发电机的输出电压相位90°，此时，所述功率单元相当于纯感性负载，从所述永磁发电机吸收无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压。
5.根据权利要求3所述的一种稳压永磁发电机组装置，其特征在于，所述主控单元包括锁相环、坐标变换器、第一控制器、第二控制器、第三控制器及PWM发生器；
所述锁相环，根据采集到的所述永磁发电机的输出电压信号获得永磁发电机的输出电压幅值和输出电压相位；
所述坐标变换器，用于根据采集到的所述静止无功发生器的电流信号及所述永磁发电机的输出电压相位获得所述静止无功发生器的直轴电流信号和交轴电流信号；
所述第一控制器，用于根据所述永磁发电机的输出电压幅值和额定电压幅值进行自适应闭环调节获得参考电流信号；
所述第二控制器，用于根据所述直轴电流信号和参考电流信号进行自适应闭环调节获得无功参考电压信号；
所述第三控制器，用于根据所述交轴电流信号与目标电流信号进行自适应闭环调节获得有功参考电压信号；
所述PWM发生器，用于根据所述无功参考电压信号和有功参考电压信号生成对应占空比的PWM控制信号。
6.根据权利要求5所述的一种稳压永磁发电机组装置，其特征在于，所述目标电流信号为电流大小为0的信号，对应生成的PWM控制信号使所述静止无功发生器的输出电压相位与所述永磁发电机的输出电压相位相同，进而使所述静止无功发生器不改变所述永磁发电机的有功功率。
7.根据权利要求2所述的一种稳压永磁发电机组装置，其特征在于，所述电流采样器为电流霍尔传感器，所述电压采样器为电压霍尔传感器。
8.一种永磁发电机组稳压控制方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一项所述的稳压永磁发电机组装置，该方法包括：
采集永磁发电机三相输出端的输出电压及静止无功发生器的电流；
根据所述永磁发电机三相输出端的输出电压及静止无功发生器的电流生成对应占空比的PWM信号；
根据所述PWM信号控制所述静止无功发生器从所述永磁发电机吸收相应的无功功率或向所述永磁发电机输出相应的无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压。
9.根据权利要求8所述的永磁发电机组稳压控制方法，其特征点在于，当所述永磁发电机的外部负载增大时，所述永磁发电机的输出电压降低，生成占空比增大的PWM控制信号，进而调控所述静止无功发生器的输出电压增大、电流相位超前所述永磁发电机的输出电压相位90°，此时，所述功率单元相当于纯容性负载，向所述永磁发电机输入无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压；
当永磁发电机的外部负载减小时，所述永磁发电机的输出电压升高，生成占空比减小的PWM控制信号，进而调控所述静止无功发生器的输出电压减小、电流相位滞后所述永磁发电机的输出电压相位90°，此时，所述功率单元相当于纯感性负载，从所述永磁发电机吸收无功功率，以稳定所述永磁发电机的输出电压。
10.根据权利要求8或9所述的永磁发电机组稳压控制方法，其特征点在于，根据所述永磁发电机三相输出端的输出电压及静止无功发生器的电流生成对应占空比的PWM信号，包括：
根据采集到的所述永磁发电机的输出电压信号获得永磁发电机的输出电压幅值和输出电压相位；
根据采集到的所述静止无功发生器的电流信号及所述永磁发电机的输出电压相位获得所述静止无功发生器的直轴电流信号和交轴电流信号；
根据所述永磁发电机的输出电压幅值和额定电压幅值进行自适应闭环调节获得参考电流信号；
根据所述直轴电流信号和参考电流信号进行自适应闭环调节获得无功参考电压信号；
根据所述交轴电流信号与目标电流信号进行自适应闭环调节获得有功参考电压信号；
根据所述无功参考电压信号和有功参考电压信号生成对应占空比的PWM控制信号；
所述目标电流信号为电流大小为0的信号，对应生成的PWM控制信号使所述静止无功发生器的输出电压相位与所述永磁发电机的输出电压相位相同，进而使所述静止无功发生器不改变所述永磁发电机的有功功率。
CN202010543673.7A 2020-06-15 2020-06-15 一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法 Active CN113809881B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010543673.7A CN113809881B (zh) 2020-06-15 2020-06-15 一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010543673.7A CN113809881B (zh) 2020-06-15 2020-06-15 一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113809881A true CN113809881A (zh) 2021-12-17
CN113809881B CN113809881B (zh) 2022-11-29

Family

ID=78944139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010543673.7A Active CN113809881B (zh) 2020-06-15 2020-06-15 一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113809881B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0398498A (ja) * 1989-09-07 1991-04-24 Fuji Electric Co Ltd 永久磁石形同期発電機の電圧調整装置
CN102738829A (zh) * 2012-06-30 2012-10-17 广东明阳风电产业集团有限公司 一种变频控制风力发电系统的拓扑结构和控制方法
CN206422538U (zh) * 2017-01-14 2017-08-18 河南中盟电气设备有限公司 三相负荷不平衡自动调节装置
CN108566129A (zh) * 2018-05-31 2018-09-21 南京航空航天大学 一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法
CN109494799A (zh) * 2018-12-14 2019-03-19 浙江大学 基于开绕组结构的永磁同步发电机直接并网系统及其控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0398498A (ja) * 1989-09-07 1991-04-24 Fuji Electric Co Ltd 永久磁石形同期発電機の電圧調整装置
CN102738829A (zh) * 2012-06-30 2012-10-17 广东明阳风电产业集团有限公司 一种变频控制风力发电系统的拓扑结构和控制方法
CN206422538U (zh) * 2017-01-14 2017-08-18 河南中盟电气设备有限公司 三相负荷不平衡自动调节装置
CN108566129A (zh) * 2018-05-31 2018-09-21 南京航空航天大学 一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法
CN109494799A (zh) * 2018-12-14 2019-03-19 浙江大学 基于开绕组结构的永磁同步发电机直接并网系统及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113809881B (zh) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106788115B (zh) 基于无电解电容逆变器的变频驱动控制系统及控制方法
Neris et al. A variable speed wind energy conversion scheme for connection to weak AC systems
US9214883B2 (en) Systems and methods for utilizing an active compensator to augment a diode rectifier
Familiant et al. New techniques for measuring impedance characteristics of three-phase AC power systems
US9252601B2 (en) Method for controlling a power converter in a wind turbine generator
CN107154761B (zh) 发电机全控整流系统和控制方法
US20120268081A1 (en) Direct power and stator flux vector control of a generator for wind energy conversion system
Chen et al. Current source thyristor inverter and its active compensation system
CN108566129A (zh) 一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法
Shi et al. Discretization-based decoupled state-feedback control for current source power conditioning system of SMES
CN110445410A (zh) 一种飞机多闭环供电调节系统及供电调节方法
Bajpai et al. Voltage and power flow control of grid connected wind generation system using DSTATCOM
Kumar et al. Experimental evaluation of matrix converter for wind energy conversion system under various abnormal conditions
CN113809881B (zh) 一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法
CN105958525B (zh) 一种永磁风力发电系统的pwm并网逆变器控制方法
Marques et al. A simple slip-power recovery system with a DC voltage intermediate circuit and reduced harmonics on the mains
Lee et al. An improved control method for a DFIG in a wind turbine under an unbalanced grid voltage condition
CN110048433B (zh) 一种基于智能软开关的智能配电网控制方法
CN109088428B (zh) 高电压穿越装置、方法，包括该装置的变流系统
Shukla et al. Speed-sensorless voltage & frequency control in autonomous DFIG based wind energy systems
CN114744655B (zh) 一种飞轮储能系统的控制方法及拓扑装置
CN207117518U (zh) 基于电流源变流器的双馈电机变频调速系统
Zhang et al. Cable overcurrent control strategy of stand-alone brushless doubly-fed power generation system
Venkataraman et al. A novel maximum power point tracking algorithm for a stand-alone unity power factor wind energy conversion system
CN219980609U (zh) 一种基于碳化硅控制器的pmsm发电机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant