双绕组感应发电机直流发电系统并联运行控制方法

技术领域

本发明公开了双绕组感应发电机直流发电系统并联运行控制方法，属于发电、变电或配电的技术领域，尤其涉及船舶独立电源系统的并联控制方法。

背景技术

近年来，多电飞机、多电舰船、电动汽车的飞速发展对独立电源系统提出了大容量、高性能、高功率密度、高效率等新要求。纵观飞机、舰船、汽车等领域电源系统的发展历程，它们均采用了直流发电系统，直流发电系统在独立电源系统中的应用越来越广泛。传统感应发电机系统存在因负载与功率变换器在电气上直接相连供电品质不佳、电机绕组的有功和无功均经过功率变换器造成变换器容量过大等缺点与不足，双绕组感应发电机系统因能够克服传统感应发电机系统的缺陷而成为独立电源领域的一个重要可行方案。

发电机的并联运行能够提高供电的可靠性，一台发电机出现故障不会导致整个系统供电失败，并联运行能够在不需要提高直流电压的前提下提高总输出功率，易于控制。

现有的并联方法与双绕组发电机直流发电系统不适应。现有的并联技术要求两台或者多台发电机电压大小相位相同、频率相同、电压波形相同、相序相同时执行并联操作，这增加了发电机并联运行控制的难度，也增加了实际运行中发电机的体积，这与双绕组感应发电机适用的航天、船舶等领域的要求不相适应。所以研究发明一种新的适用于双绕组感应发电机直流发电系统并联运行的控制方法很有必要。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了双绕组感应发电机直流发电系统并联运行控制方法，实现了两台双绕组感应发电机的并联运行，解决了现有并联技术所带来的控制难度大，实际运行增加体积等技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

双绕组感应发电机直流发电系统包含一台作为主发电机的双绕组感应发电机、一台作为从发电机的双绕组感应发电机，两台双绕组感应发电机额定电压U_dc以及直流发电控制策略均相同，本发明提供的双绕组感应发电机直流发电系统并联运行控制方法基于下垂控制原理控制两台双绕组感应发电机的直流输出，在两台双绕组感应发电机稳定输出的直流电均达到直流电给定电压时执行并联操作。

主发电机的下垂控制：根据主发电机下垂曲线中计算出要求输出的直流电压U_pDC1^*所对应的功率P₁与下垂系数K的乘积，主发电机额定电压U_dc减去功率P₁与下垂系数K的乘积得到直流电压给定值U_pDC1^*，直流电压给定值U_pDC1^*与主发电机直流母线电压U_pDC1的差值经过PI调节得到主发电机控制绕组d轴电流的给定值I_cdc1^*。

从发电机的下垂控制：根据从发电机下垂曲线计算直流电压给定值U_pDC1^*加上从发电机要求输出目标功率P₂与下垂系数K的乘积得到从发电机新的空载电压U_pDC2^*，从发电机新的空载电压U_pDC2^*减去从发电机实际输出功率P_2m与下垂系数K的乘积后减去从发电机直流母线电压U_pDC2得到从发电机实际输出偏离直流电压给定值的量，对从发电机实际输出偏离直流电压给定值的量进行PI调节得到从发电机控制绕组d轴电流的给定值I_cdc2^*。

主发电机与从发电机输出电压U_pDC1、U_pDC2稳定时，此时，两台发电机输出电压相同且均为直流电压给定值，将从发电机直流输出端并联到主发电机直流输出端母线上，完成并联操作。并联运行的两台发电机可以按照指令进行功率分配，实现并联运行控制。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

（1）本发明提出了一种新的双绕组感应发电机直流发电系统并联运行控制方法，根据直流电压给定值控制主发电机稳定输出直流电，由直流电压给定值和从发电机要求输出的有功更新从发电机空载电压的值，由从发电机空载电压更新值和从发电机实际输出有功更新从发电机实际输出偏离直流电压给定值的量，根据从发电机偏离直流电压给定值的量控制从发电机稳定输出直流电并在两台发电机稳定输出直流电压给定值时执行并联操作，该方法既能够发挥双绕组感应电机在独立电源系统中的优势，又可以避免传统并联方法并联条件较多的缺陷，降低并联控制难度的同时无需增加实际运行中的发电机体积，能够适应航天、船舶等领域下双绕组感应发电机的并联运行。

（2）本发明采用下垂特性曲线实现并联运行控制，能够实现各发电机输出功率的准确分配，提高了系统的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为并联运行的两台双绕组感应发电机直流发电系统的示意图。

图2为单台双绕组感应发电机直流发电系统控制策略的示意图。

图3为主发电机和从发电机下垂特性曲线的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。

并联运行的两台双绕组感应发电机直流发电系统如图1所示，一台双绕组感应发电机作为主发电机且接有主发电机下垂控制器，另一台双绕组感应电机作为从发电机且接有从发电机下垂控制器，当两台发电机稳定输出的直流电压相同时，将从发电机直流输出端并联到主发电机直流输出端母线上，并联的两台发电机接入直流负载。

单台双绕组感应发电机直流发电系统的控制策略如图2所示，两台发电机均采用相同的控制绕组磁链定向的控制策略。该控制策略具体实现过程如下：发电机输出的直流电压和SEC直流母线电压的实际值分别与各自的参考电压进行比较，它们的差值分别经比例积分调节器后得到控制绕组d轴和q轴的给定电流；然后，根据坐标变换公式和定向角算得控制绕组三相电流的给定值，进而得到驱动SEC的功率开关管控制信号。各台发电机的额定电压U_dc均相同。

如图3所示，在主发电机下垂曲线中，假设要求主发电机输出直流电压U_pDC1^*，对应图中的A点，此时功率为P₁,计算功率P₁与下垂系数K的乘积。

如图1所示，此时，主发电机额定电压U_dc减去功率P₁与下垂系数K的乘积得到直流电压给定值U_pDC1^*，直流电压给定值U_pDC1^*与主发电机直流母线电压U_pDC1的差值经过PI调节得到主发电机控制绕组d轴电流给定值I_cdc1^*，通过控制开关管的关断驱动主发电机SEC，稳定时输出直流电压给定值U_pDC1^*。

如图3所示，在从发电机下垂曲线中 ，假设要求从发电机输出目标功率P₂,若要并联到主发电机直流母线上，从发电机也必须要稳定输出直流电压给定值U_pDC1^*（对应从发电机下垂曲线中的B点）。此时，直流电压给定值U_pDC1^*加上从发电机输出要求的目标功率P₂与下垂系数K的乘积得到从发电机新的空载电压U_pDC2^*。

如图1所示，从发电机新的空载电压U_pDC2^*减去从发电机实际输出功率P_2m与下垂系数K的乘积再减去从发电机直流母线电压U_pDC2得到从发电机实际输出偏离直流电压给定值的量，对从发电机实际输出偏离直流电压给定值的量进行PI调节得到从发电机控制绕组d轴电流的给定值I_cdc2^*，通过控制开关管的关断驱动从发电机SEC，稳定时输出直流电压给定值U_pDC1^*。

主发电机与从发电机同时输出稳定直流电压给定值U_pDC1^*时，将从发电机直流输出端并联到主发电机直流输出端直流母线上。并联运行的两台发电机可按照指令进行功率分配以实现并联运行控制，此控制方法同样适用于多台双绕组感应发电机直流发电系统的并联运行。