一种无刷双馈电机孤岛发电控制方法及装置

技术领域

本申请涉及电网控制技术领域，尤其涉及一种无刷双馈电机孤岛发电控制方法及装置。

背景技术

无刷双馈电机是一种新型电机，可以实现异步、同步、双馈等多种运行方式，既可以作为电动机运行用于交流调速传动系统，也可以作为发电机运行用于变速恒频恒压发电系统，具有变频器容量小、独立调节有功功率和无功功率、控制功率因数、实现四象限无级调速、无刷化运行等特点，在风机和泵类机械的节能调速系统及变速恒频的水力和风力发电系统中具有广阔的应用前景。

但是，现有的无刷双馈电机并网发电系统请参阅图1，是通过与无刷双馈电机控制绕组连接的背靠背变换器10进行并网发电控制；而基于电力电子器件的背靠背变换器存在缺乏自然阻尼、成本高的问题，不利于推动无刷双馈电机并网发电系统在孤岛发电领域的应用。

发明内容

本申请提供了一种无刷双馈电机孤岛发电控制方法及装置，用于解决现有技术因系统结构的限制而缺乏自然阻尼，从而导致系统的发展应用受阻的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种无刷双馈电机孤岛发电控制方法，应用于无刷双馈电机孤岛发电电路，方法包括：H桥变换器的控制方法及并联三相变换器的控制方法；

所述H桥变换器的控制方法包括：

获取无刷双馈电机的电压信息、电流信息、极对数信息和交流负载的额定有功功率；

通过功率计算模块，结合所述电压信息和所述电流信息，计算所述无刷双馈电机的有功功率；

基于所述极对数信息、所述负载的额定有功功率，以及所述无刷双馈电机的有功功率，确定可变频率变压器直流电机的电枢电压参考值；

通过对所述电枢电压参考值进行脉宽调制，得到H桥变换器开关的控制信号；

所述并联三项变换器的控制方法包括：

获取交流负载电压、交流负载额定电压和交流负载的额定频率；

根据所述交流负载电压，得到所述交流负载电压的

根据所述交流负载额定电压、所述交流负载额定频率，以及所述交流负载电压的

通过对交流负载的电压参考值进行空间矢量调制，得到并联三相变换器开关的控制信号。

优选地，根据所述交流负载电压，得到所述交流负载电压的

将所述交流负载电压经过三相静止到两相静止坐标变换处理，得到两相静止坐标系下交流负载的电压矢量；

将所述交流负载的电压矢量经过相角计算处理，得到第一相位；

基于所述第一相位，将所述交流负载的电压矢量经过两相静止到两相旋转坐标变换处理，得到同步旋转坐标系下所述交流负载电压的

优选地，根据所述交流负载额定电压、所述交流负载额定频率，以及所述交流负载电压的

基于所述交流负载额定电压、所述交流负载电压的

根据所述交流负载额定频率，确定第二相位；

将所述交流负载电压的

优选地，所述预设的控制方程包括：第三电压控制方程和第四电压控制方程；所述基于所述交流负载额定电压、所述交流负载电压的

基于所述交流负载额定电压和所述交流负载电压的

基于所述交流负载电压的

优选地，所述第三电压控制方程具体为：

；

所述第四电压控制方程具体为：

；

其中，

本申请第二方面提供了一种无刷双馈电机孤岛发电控制装置，应用于无刷双馈电机孤岛发电电路，装置包括：H桥变换器的控制子装置及并联三相变换器的控制子装置；

所述H桥变换器的控制子装置包括：

第一获取模块，用于获取无刷双馈电机的电压信息、电流信息、极对数信息和交流负载的额定有功功率；

计算模块，用于通过功率计算模块，结合所述电压信息和所述电流信息，计算所述无刷双馈电机的有功功率；

电枢电压参考值确定模块，用于基于所述极对数信息、所述负载的额定有功功率，以及所述无刷双馈电机的有功功率，确定可变频率变压器直流电机的电枢电压参考值；

控制信号确定模块，用于通过对所述电枢电压参考值进行脉宽调制，得到H桥变换器开关的控制信号；

所述并联三项变换器的控制子装置包括：

第二获取模块，用于获取交流负载电压、交流负载额定电压和交流负载的额定频率；

分量确定模块，用于根据所述交流负载电压，得到所述交流负载电压的

交流负载电压参考值确定模块，用于根据所述交流负载额定电压、所述交流负载额定频率，以及所述交流负载电压的

空间矢量调制模块，用于通过对交流负载的电压参考值进行空间矢量调制，得到并联三相变换器开关的控制信号。

本申请第三方面提供了一种无刷双馈电机并网发电控制装置，包括：

数据获取单元，用于获取无刷双馈电机的相关电压、相关电流和极对数；

功率计算单元，用于根据所述相关电压和所述相关电流计算所述无刷双馈电机的有功功率；

参数计算单元，用于依据所述极对数、所述无刷双馈电机的有功功率和原动机发电的有功功率计算出可变频率变压器直流电机的电枢电压参数；

控制调制单元，用于基于所述电枢电压参数进行脉冲调制操作，得到H桥变换器开关的控制信号。

优选地，所述分量确定模块包括：

电压矢量确定子模块，用于将所述交流负载电压经过三相静止到两相静止坐标变换处理，得到两相静止坐标系下交流负载的电压矢量；

第一相位确定子模块，用于将所述交流负载的电压矢量经过相角计算处理，得到第一相位；

分量确定子模块，用于基于所述第一相位，将所述交流负载的电压矢量经过两相静止到两相旋转坐标变换处理，得到同步旋转坐标系下所述交流负载电压的

优选地，所述交流负载电压参考值确定模块包括：

分量参考值确定子模块，用于基于所述交流负载额定电压、所述交流负载电压的

第二相位确定子模块，用于根据所述交流负载额定频率，确定第二相位；

交流负载电压参考值确定子模块，用于将所述交流负载电压的

优选地，所述交流负载电压参考值确定模块包括：

分量参考值确定子模块，用于基于所述交流负载额定电压、所述交流负载电压的

第二相位确定子模块，用于根据所述交流负载额定频率，确定第二相位；

交流负载电压参考值确定子模块，用于将所述交流负载电压的

优选地，所述预设的控制方程包括：第三电压控制方程和第四电压控制方程；所述分量参考值确定子模块包括：

d

q

优选地，所述第三电压控制方程具体为：

；

所述第四电压控制方程具体为：

；

其中，

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中提供了一种无刷双馈电机孤岛发电控制方法，应用于无刷双馈电机孤岛发电电路，方法包括：H桥变换器的控制方法及并联三相变换器的控制方法；所述H桥变换器的控制方法包括：获取无刷双馈电机的电压信息、电流信息、极对数信息和交流负载的额定有功功率；通过功率计算模块，结合所述电压信息和所述电流信息，计算所述无刷双馈电机的有功功率；基于所述极对数信息、所述负载的额定有功功率，以及所述无刷双馈电机的有功功率，确定可变频率变压器直流电机的电枢电压参考值；通过对所述电枢电压参考值进行脉宽调制，得到H桥变换器开关的控制信号；所述并联三项变换器的控制方法包括：获取交流负载电压、交流负载额定电压和交流负载的额定频率；根据所述交流负载电压，得到所述交流负载电压的d轴分量和q轴分量；根据所述交流负载额定电压、所述交流负载额定频率，以及所述交流负载电压的d轴分量和q轴分量，确定交流负载电压参考值；通过对交流负载的电压参考值进行空间矢量调制，得到并联三相变换器开关的控制信号。采用惯性更高且成本更低的可变频率变压器作为无刷双馈电机的孤岛发电控制装置，同时基于较高自然阻尼的可变频率变压器可以为整个系统提升稳定性，解决现有技术因系统结构的限制而缺乏自然阻尼，从而导致系统的发展应用受阻的技术问题。

附图说明

图1为本申请背景技术提供的现有无刷双馈电机孤岛发电系统硬件结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种无刷双馈电机孤岛发电控制方法的H桥变换器的控制方法流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种无刷双馈电机孤岛发电控制方法的并联三相变换器的控制方法流程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种无刷双馈电机孤岛发电电路的硬件结构示意；

图5为本申请实施例提供的一种无刷双馈电机孤岛发电控制装置的结构示意图；

附图标记：交流负载1，原动机2、无刷双馈电机3、可变频率变压器4、可变频率变压器的双馈电机41、可变频率变压器的直流电机42、滤波电感5、并联三相变换器6、H桥变换器7、直流电容8、控制电路9和背靠背变换器10。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图2和图3，图2为本申请实施例提供的一种无刷双馈电机孤岛发电控制方法的H桥变换器的控制方法流程示意图；图3为本申请实施例提供的一种无刷双馈电机孤岛发电控制方法的并联三相变换器的控制方法流程示意图；应用于如图4所示的应用于无刷双馈电机孤岛发电电路，该电路包括：交流负载1、原动机2、无刷双馈电机3、变频率变压器4、滤波电感5、可并联三相变换器6、H桥变换器7、直流电容8和控制电路9；交流负载1分别与无刷双馈电机的功率绕组和可变频率变压器的定子绕组连接；原动机2的转轴与无刷双馈电机3的转轴连接；无刷双馈电机3的控制绕组与可变频率变压器4的转子绕组连接；可变频率变压器4的直流电机与H桥变换器6的直流输出端连接；滤波电感5的一端与交流负载相连，另一端与并联三相变换器6的交流端相连。并联三相变换器6的直流端与H桥变换器7的输入端连接。直流电容8分别与并联三相变换器6和H桥变换器7连接。控制电路9分别与并联三相变换器6和H桥变换器7的信号输入端通信连接，控制电路9主要用于输出控制信号，触发系统运行。

需要说明的是，原动机2又称动力机，是机械设备中的重要驱动部分。原动机2泛指利用能源产生原动力的一切机械，例如热力发动机、水力发动机、风力发动机等，本实施例的原动机不限定其类型，只要能够为控制系统提供原动力即可。

需要说明的是，无刷双馈感应电机3是感应电机的一种。定子有两套极对数分别为p和q的三相对称绕组：一套功率绕组直接连接交流负载实现机电能量转化；一套控制绕组经过变频器与交流负载连结，改变控制绕组通电频率来控制电机转速。转子p+q极鼠笼型绕组，采用特殊的鼠笼型结构，每个转子极用同心式鼠笼型绕组，并用端环将其中一个端部短路。由于没有滑环和电刷，可靠性好，且变频器容量比额定功率小。

在本发明实施例中，无刷双馈电机并网发电控制系统连接在交流负载1上，与其直接连接的有无刷双馈电机3、可变频率变压器4和滤波电感5。本实施例采用可变频率变压器改进控制系统，基于高自然阻尼确保系统的稳定运行，而且，器件成本低，改进可行性高，能够推动无刷双馈电机并网发电系统在并网发电领域的应用。

此外，可变频率变压器4主要由可变频率变压器的双馈电机41和可变频率变压器的直流电机42。

本申请实施例提供的无刷双馈电机孤岛发电控制电路，通过与无刷双馈电机3控制绕组连接的可变频率变压器4实现无刷双馈电机并网发电系统的高可靠性运行；可变频率变压器5的惯性更高，成本也相对较低；而且，它不仅可以作为无刷双馈电机的并网发电控制装置，同时能够以较高的自然阻尼提高整个系统的稳定性。因此，本申请实施例能够解决现有技术因系统结构的限制而缺乏自然阻尼，从而导致系统的发展应用受阻的技术问题。

而无刷双馈电机孤岛发电控制方法包括：H桥变换器的控制方法及并联三相变换器的控制方法；

请参阅图2，所述H桥变换器的控制方法包括：

步骤101，获取无刷双馈电机的电压信息、电流信息、极对数信息和交流负载的额定有功功率；

步骤102，通过功率计算模块，结合所述电压信息和所述电流信息，计算所述无刷双馈电机的有功功率；

在本发明实施例中，电压信息包括：无刷双馈电机功率绕组的电压和无刷双馈电机控制绕组的电压，电流信息包括：无刷双馈电机功率绕组的电流、无刷双馈电机控制绕组的电流。

步骤103，基于所述极对数信息、所述负载的额定有功功率，以及所述无刷双馈电机的有功功率，确定可变频率变压器直流电机的电枢电压参考值；具体而言，所述极对数信息包括：无刷双馈电机功率绕组的极对数和无刷双馈电机控制绕组的极对数；基于所述极对数信息、所述负载的额定有功功率，以及所述无刷双馈电机的有功功率，确定可变频率变压器直流电机的电枢电压参考值，包括：

基于所述无刷双馈电机功率绕组的极对数、所述无刷双馈电机控制绕组的极对数、所述负载的额定有功功率和所述负载的额定有功功率，结合预设的功率计算方程，得到无刷双馈电机功率绕组的有功功率参考值和无刷双馈电机控制绕组的有功功率参考值；

基于所述无刷双馈电机功率绕组的有功功率和所述无刷双馈电机功率绕组的有功功率参考值，结合预设的电压控制方程，得到所述可变频率变压器直流电机的第一电枢电压参考值和第二电枢电压参考值；

定义所述可变频率变压器直流电机的第一电枢电压参考值和第二电枢电压参考值之和，为所述可变频率变压器直流电机的电枢电压参考值。

需要说明的是，极对数是指：一般三相交流电机每组线圈都会产生N、S磁极，每个电机每相含有的磁极个数就是极数。由于磁极是成对出现的，所以电机有2、4、6、8……极之分。

在一个可选实施例中，所述预设的功率计算方程包括：第一功率计算方程和第二功率计算方程；基于所述无刷双馈电机功率绕组的极对数、所述无刷双馈电机控制绕组的极对数、所述负载的额定有功功率和所述负载的额定有功功率，结合预设的功率计算方程，得到无刷双馈电机功率绕组的有功功率参考值和无刷双馈电机控制绕组的有功功率参考值，包括：

基于所述无刷双馈电机功率绕组的极对数、所述无刷双馈电机控制绕组的极对数和所述负载的额定有功功率，结合所述第一功率计算方程，得到所述无刷双馈电机功率绕组的有功功率参考值；

基于所述无刷双馈电机功率绕组的极对数、所述无刷双馈电机控制绕组的极对数和所述负载的额定有功功率，结合所述第二功率计算方程，得到所述无刷双馈电机控制绕组的有功功率参考值。

在具体实现中，所述第一功率计算方程具体为：

；

所述第二功率计算方程具体为：

；

在一个可选实施例中，所述预设的电压控制方程包括：第一电压控制方程和第二电压控制方程；基于所述无刷双馈电机功率绕组的有功功率和所述无刷双馈电机功率绕组的有功功率参考值，结合预设的电压控制方程，得到所述可变频率变压器直流电机的第一电枢电压参考值和第二电枢电压参考值，包括：

基于所述无刷双馈电机功率绕组的有功功率和所述无刷双馈电机功率绕组的有功功率参考值，结合所述第一电压控制方程，得到所述可变频率变压器直流电机的第一电枢电压参考值；

基于所述无刷双馈电机控制绕组的有功功率和所述无刷双馈电机控制绕组的有功功率参考值，结合所述第二电压控制方程，得到所述可变频率变压器直流电机的第二电枢电压参考值。

在具体实现中，所述第一电压控制方程具体为：

；

所述第二电压控制方程具体为：

；

其中，

步骤104，通过对所述电枢电压参考值进行脉宽调制，得到H桥变换器开关的控制信号。

在本发明实施例中，通过对可变频率变压器直流电机的电枢电压参数

请参阅图3，所述并联三项变换器的控制方法包括：

步骤201，获取交流负载电压、交流负载额定电压和交流负载的额定频率；

步骤202，根据所述交流负载电压，得到所述交流负载电压的

具体包括：

将所述交流负载电压经过三相静止到两相静止坐标变换处理，得到两相静止坐标系下交流负载的电压矢量；

将所述交流负载的电压矢量经过相角计算处理，得到第一相位；

基于所述第一相位，将所述交流负载的电压矢量经过两相静止到两相旋转坐标变换处理，得到同步旋转坐标系下所述交流负载电压的

步骤203，根据所述交流负载额定电压、所述交流负载额定频率，以及所述交流负载电压的

具体包括：

基于所述交流负载额定电压、所述交流负载电压的

根据所述交流负载额定频率，确定第二相位；

将所述交流负载电压的

在具体实现中，第二相位通过一下公式确定：

；

其中，

在一个可选实施例中，所述预设的控制方程包括：第三电压控制方程和第四电压控制方程；所述基于所述交流负载额定电压、所述交流负载电压的

基于所述交流负载额定电压和所述交流负载电压的

基于所述交流负载电压的

所述第三电压控制方程具体为：

；

所述第四电压控制方程具体为：

；

其中，

步骤204，通过对交流负载的电压参考值进行空间矢量调制，得到并联三相变换器开关的控制信号。

在本发明实施例中，通过对交流负载的电压参考值进行空间矢量调制，得到并联三相变换器开关的三个控制信号。

本发明提供的一种无刷双馈电机孤岛发电控制方法，应用于无刷双馈电机孤岛发电电路，方法包括：获取无刷双馈电机的电压信息、电流信息、极对数信息和负载的额定有功功率；通过功率计算模块，结合所述电压信息和所述电流信息，计算所述无刷双馈电机的有功功率基于所述极对数信息、所述负载的额定有功功率，以及所述无刷双馈电机的有功功率，确定可变频率变压器直流电机的电枢电压参考值；通过对所述电枢电压参考值进行脉宽调制，得到H桥变换器开关的控制信号。采用惯性更高且成本更低的可变频率变压器作为无刷双馈电机的孤岛发电控制装置，同时基于较高自然阻尼的可变频率变压器可以为整个系统提升稳定性，解决现有技术因系统结构的限制而缺乏自然阻尼，从而导致系统的发展应用受阻的技术问题。

为了便于理解，请参阅图5，本申请还提供了一种无刷双馈电机孤岛发电控制装置的实施例，应用于无刷双馈电机孤岛发电电路，装置包括：H桥变换器的控制子装置及并联三相变换器的控制子装置；

所述H桥变换器的控制子装置包括：

第一获取模块301，用于获取无刷双馈电机的电压信息、电流信息、极对数信息和交流负载的额定有功功率；

计算模块302，用于通过功率计算模块，结合所述电压信息和所述电流信息，计算所述无刷双馈电机的有功功率；

电枢电压参考值确定模块303，用于基于所述极对数信息、所述负载的额定有功功率，以及所述无刷双馈电机的有功功率，确定可变频率变压器直流电机的电枢电压参考值；

控制信号确定模块304，用于通过对所述电枢电压参考值进行脉宽调制，得到H桥变换器开关的控制信号；

所述并联三项变换器的控制子装置包括：

第二获取模块401，用于获取交流负载电压、交流负载额定电压和交流负载的额定频率；

分量确定模块402，用于根据所述交流负载电压，得到所述交流负载电压的

交流负载电压参考值确定模块403，用于根据所述交流负载额定电压、所述交流负载额定频率，以及所述交流负载电压的

空间矢量调制模块404，用于通过对交流负载的电压参考值进行空间矢量调制，得到并联三相变换器开关的控制信号。

进一步地，所述分量确定模块402包括：

电压矢量确定子模块，用于将所述交流负载电压经过三相静止到两相静止坐标变换处理，得到两相静止坐标系下交流负载的电压矢量；

第一相位确定子模块，用于将所述交流负载的电压矢量经过相角计算处理，得到第一相位；

分量确定子模块，用于基于所述第一相位，将所述交流负载的电压矢量经过两相静止到两相旋转坐标变换处理，得到同步旋转坐标系下所述交流负载电压的

进一步地，所述交流负载电压参考值确定模块403包括：

分量参考值确定子模块，用于基于所述交流负载额定电压、所述交流负载电压的

第二相位确定子模块，用于根据所述交流负载额定频率，确定第二相位；

交流负载电压参考值确定子模块，用于将所述交流负载电压的

进一步地，所述预设的控制方程包括：第三电压控制方程和第四电压控制方程；所述分量参考值确定子模块包括：

d

q

进一步地，所述第三电压控制方程具体为：

；

所述第四电压控制方程具体为：

；

其中，

本申请还提供了一种无刷双馈电机孤岛发电控制设备，设备包括处理器以及存储器；

存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器用于根据程序代码中的指令执行上述方法实施例中的无刷双馈电机孤岛发电控制方法。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行上述方法实施例中的无刷双馈电机孤岛发电控制方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM）、随机存取存储器（英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。