一種無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制裝置及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于交流電機及其控制技術領域，具體涉及一種無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制裝置及控制方法。
【背景技術】
[0002]現有的常規軸帶發電系統一般采用異步發電機，永磁同步發電機和繞線轉子異步發電機，其電機是有刷雙饋電機。常規異步發電機和永磁同步發電機一般配合可調距槳并輔以較大容量的交-直-交電能變換系統運行，需要主機轉速與之相匹配，從而帶來整體運行效率下降問題，同時可能影響船舶正常航行需求；并且，整個發電過程電能變換環節多，一方面增加了損耗，同時降低了系統可靠性；另一方面，需要采用大容量的電力電子變換設備，成本較高，而且永磁同步電機在船舶機艙的惡劣工作環境下，可靠性不高，維護復雜。
[0003]雙饋異步發電機可以實現變速恒頻發電，對主軸轉速配合要求不高，可以采用較小功率等級的電力電子變換裝置實現較大功率變速恒頻發電的控制，降低使用成本，產生可觀的經濟效益；但其電機本體采用了電刷和滑環結構，需要定期維護，為其使用帶來不便，且維護成本高。
[0004]無刷雙饋電機作為一種新型的電機，廣泛應用于變速恒頻發電以及變頻調速驅動控制場合，諸如風力發電，船舶軸帶發電及電力推進系統、電動汽車等領域；無刷雙饋電機具有常規雙饋異步電機雙饋發電系統的諸多優點，如功率變換器容量小，系統轉換效率高等，同時又實現了饋電的無刷化，電機可靠性比有刷雙饋電機高，維護周期長，具有明顯的優勢。
[0005]船舶供電系統的現有標準明確規定，要求其具備短時過載3倍的負載能力，以保障電力系統的供電能力；然而，無刷雙饋軸帶發電系統采用四象限變頻控制器對無刷雙饋電機進行變速恒頻發電控制的傳統拓撲，很難滿足過載3倍的能力；除非增大四象限變流器功率器件IGBT的容量，如此則會大幅增加控制系統成本，但系統又長期運行在極輕載的工作點，嚴重影響系統經濟性。

【發明內容】

[0006]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制裝置及控制方法，其目的在于在不增加無刷雙饋軸帶發電系統四象限變頻控制器容量的基礎上，滿足船舶供電系統的現有標準關于其發電機短時過載能力需求。
[0007]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制裝置，包括三相變壓器、三相可控整流器和電流傳感器；
[0008]其中，三相變壓器的高壓側為原邊，低壓側為副邊；原邊用于連接無刷雙饋軸帶發電系統軸帶發電機的功率繞組；三相可控整流器的交流輸入端連接三相變壓器的副邊，電流傳感器的電流輸入端連接三相可控整流器的直流輸出端；電流傳感器的電流輸出端用于連接無刷雙饋軸帶發電系統軸帶發電機的控制繞組；
[0009]三相變壓器用于將電網電壓變壓至產生直流勵磁電流所需的電壓；三相可控整流器用于提供連續可調的直流勵磁電流；電流傳感器用于實時檢測勵磁電流；
[0010]無刷雙饋軸帶發電系統本身包括無刷雙饋軸帶發電機，四象限變頻控制器，電抗器、供電電網側電流傳感器和供電電網側電壓傳感器；
[0011]無刷雙饋軸帶發電機包含功率繞組和控制繞組；功率繞組直接與供電電網相連接，控制繞組通過四象限變頻控制器及電抗器接至供電電網；
[0012]其中，四象限變頻控制器與電抗器構成控制系統，由四象限變頻控制器對無刷雙饋軸帶發電機提供勵磁，實現發電機功率繞組對電網的變速恒頻恒壓供電；供電電網側電流傳感器和電壓傳感器則用于實時檢測無刷雙饋軸帶發電機輸送至電網的負載電流值和電網電壓值；
[0013]在無刷雙饋軸帶發電系統里，本發明提供的無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制裝置，并聯在無刷雙饋軸帶發電系統本身的控制系統兩端；
[0014]當無刷雙饋軸帶發電系統工作在正常狀態下，本發明提供的無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制裝置停機，由無刷雙饋軸帶發電系統本身的控制系統提供電流電壓的控制；當出現短時過載，則由本發明提供的無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制裝置代替無刷雙饋軸帶發電系統本身的控制系統對發電機提供強勵磁，實現發電機短時輸出3倍能力過載電流的功能，滿足船用發電系統短時過載需求。
[0015]優選的，三相可控整流器包括控制單元、第一晶閘管、第二晶閘管、第三晶閘管、第四晶閘管、第五晶閘管和第六晶閘管；
[0016]其中，第一晶閘管與第二晶閘管串聯，構成第一晶閘管組；第三晶閘管和第四晶閘管串聯，構成第二晶閘管組；第五晶閘管和第六晶閘管串聯，構成第三晶閘管組；
[0017]以上第一晶閘管與第二晶閘管的串聯端作為三相可控整流器輸入第一端；第三晶閘管與第四晶閘管的串聯端作為三相可控整流器輸入第二端；第五晶閘管與第六晶閘管的串聯端作為三相可控整流器輸入第三端；
[0018]以上三個晶閘管組并聯，并聯負端作為三相可控整流器直流輸出負端；并聯正端作為三相可控整流器直流輸出正端；
[0019]其中，各晶閘管組內部的連接關系如下:
[0020]第一晶閘管的陰極作為第一晶閘管組的負端，第二晶閘管的陰極與第一晶閘管的陽極連接，第二晶閘管的陽極作為第一晶閘管組的正端；
[0021]第三晶閘管的陰極作為第二晶閘管組的負端，第四晶閘管的陰極與第三晶閘管的陽極連接，第四晶閘管的陽極作為第二晶閘管組的正端；
[0022]第五晶閘管的陰極作為第三晶閘管組的負端，第六流晶閘管的陰極與第五晶閘管的陽極連接，第六晶閘管的陽極作為第三晶閘管組的正端；
[0023]各晶閘管的控制端與控制單元輸出端連接；控制單元用于根據目標電壓調節晶閘管的導通角，以調節三相可控整流器輸出的勵磁電流。
[0024]按照本發明的另一方面，提供了一種無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制方法，該方法基于上述裝置，具體如下:
[0025](I)實時檢測供電電網側電壓和電流；
[0026](2)判斷上述電壓檢測值是否在標稱范圍內且電流檢測值在標稱范圍內，若是，則無刷雙饋軸帶發電系統運行正常，進入步驟(3);若否，則則無刷雙饋軸帶發電系統短時過載，進入步驟⑷；
[0027](3)若無刷雙饋軸帶發電機的勵磁由無刷雙饋軸帶發電系統的四象限變頻控制器提供，則不動作，繼續由四象限變頻控制器對無刷雙饋軸帶發電機提供勵磁；若無刷雙饋軸帶發電機的勵磁由無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制裝置的三相可控整流器提供，表明系統是由短時過載狀態恢復至正常狀態，則進入步驟(5);
[0028](4)若無刷雙饋軸帶發電機的勵磁由四象限變頻控制器提供，則關閉四象限變頻控制器，切除四象限變頻控制器提供的勵磁；同時開啟無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制裝置，接入其三相可控整流器提供的勵磁；若勵磁由三相可控整流器提供，則不動作，繼續由三相可控整流器提供勵磁；
[0029](5)開啟四象限變頻控制器，接入四象限變頻控制器提供的勵磁；同時關閉無刷雙饋軸帶發電系統短時過載控制裝置，切除其三相可控整流器提供的勵磁；將無刷雙饋軸帶發電機的勵磁由三相可控整流器提供切換為由四象限變頻控制器提供。
[0030]優選的，步驟⑵中，電網電流的標稱范圍取系統額定電流的1.8?2.5倍；電壓的標稱范圍取系統額定電壓的90%?94%。
[0031]優選的，通過啟動四象限變頻控制器控制單元發送到其功率單元的觸發脈沖來啟動四象限變頻控制器；通過封鎖四象限變頻控制器控制單元發送到功率單元的觸發脈沖關閉四象限變頻控制器；
[0032]優選的，通過啟動三相