本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)電機(jī)控制方法、裝置及軸帶發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，傳統(tǒng)軸帶發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)在柴油機(jī)的驅(qū)動(dòng)下發(fā)電運(yùn)行，為變頻器提供三相交流電源，整流器輸出的直流電壓可連接單臺(tái)或多臺(tái)逆變器，逆變器可與備用發(fā)電機(jī)并網(wǎng)連接，也可獨(dú)立控制電機(jī)或照明設(shè)備等。這種軸帶發(fā)電系統(tǒng)可以應(yīng)用在船舶發(fā)電系統(tǒng)、油田抽油系統(tǒng)或碼頭供電系統(tǒng)中，但是，傳統(tǒng)軸帶發(fā)電系統(tǒng)無法適應(yīng)特殊環(huán)境且存在很多缺點(diǎn)，比如應(yīng)用在船舶發(fā)電系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：

1、軸帶發(fā)電機(jī)受到海況的影響較大，一旦遇到風(fēng)浪，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速變化將會(huì)造成同步發(fā)電機(jī)輸出的電源頻率和電壓的波動(dòng)，從而引起整流器輸出的直流電壓的波動(dòng)，進(jìn)而影響后級(jí)逆變器的穩(wěn)定輸出。2、采用二級(jí)管整流能量完全無法回饋。

為了解決上述問題，目前出現(xiàn)一些新興技術(shù)，研究得比較多技術(shù)是pwm整流器和pwm逆變器組成的四象限變頻器方案，如圖2所示。該方案將同步發(fā)電機(jī)當(dāng)作三相交流電源，通過三相igbt整流器與同步發(fā)電機(jī)相連，對(duì)其進(jìn)行pwm整流控制。該技術(shù)雖然可解決軸帶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)而引起的電源質(zhì)量問題，但該方案也存在以下缺點(diǎn)：柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍很寬，速度波動(dòng)大，pwm整流器控制算法中很難對(duì)快速變化的發(fā)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速進(jìn)行鎖相；在pwm整流器的拓?fù)渲行枰渖先嚯娍蛊鳎到y(tǒng)復(fù)雜、成本高；對(duì)于一些高轉(zhuǎn)速的同步電機(jī)無法采用pwm整流控制技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種發(fā)電機(jī)控制方法、裝置及軸帶發(fā)電系統(tǒng)，旨在降低軸帶發(fā)電系統(tǒng)的成本，并控制發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的直流母線電壓。

第一方面，提供了一種電機(jī)控制方法，應(yīng)用于軸帶發(fā)電系統(tǒng)，所述控制方法包括：

獲取發(fā)電機(jī)輸出交流電壓經(jīng)整流器整流后對(duì)應(yīng)的直流母線電壓；

獲取所述發(fā)電機(jī)的同步相位角；

將所述直流母線電壓和預(yù)設(shè)參考電壓輸入至預(yù)設(shè)電壓調(diào)節(jié)環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲取第一轉(zhuǎn)矩電流；

基于克拉克變換，將所述發(fā)電機(jī)輸出的三相電流轉(zhuǎn)換成兩相電流；

基于帕克變換和所述同步相位角，將所述兩相電流轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流；

將所述第一轉(zhuǎn)矩電流和第二轉(zhuǎn)矩電流相減后再進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以生成第一調(diào)節(jié)電壓，以及將所述勵(lì)磁電流和預(yù)設(shè)參考電流相減后再進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以生成第二調(diào)節(jié)電壓；

基于反帕克變換和所述同步相位角，將所述第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓變換后輸入至pwm調(diào)節(jié)器以控制所述整流器，使得所述發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的直流母線電壓。

第二方面，還提供了一種發(fā)電機(jī)控制裝置，所述裝置包括：

第一獲取模塊，用于獲取發(fā)電機(jī)輸出交流電壓經(jīng)整流器整流后對(duì)應(yīng)的直流母線電壓；

第二獲取模塊，用于獲取所述發(fā)電機(jī)的同步相位角；

調(diào)節(jié)獲取模塊，用于將所述直流母線電壓和預(yù)設(shè)參考電壓輸入至預(yù)設(shè)電壓調(diào)節(jié)環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲取第一轉(zhuǎn)矩電流；

第一轉(zhuǎn)換模塊，用于基于克拉克變換，將所述發(fā)電機(jī)輸出的三相電流轉(zhuǎn)換成兩相電流；

第二轉(zhuǎn)換模塊，用于基于帕克變換和所述同步相位角，將所述兩相電流轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流；

調(diào)節(jié)生成模塊，用于將所述第一轉(zhuǎn)矩電流和第二轉(zhuǎn)矩電流相減后再進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以生成第一調(diào)節(jié)電壓，以及將所述勵(lì)磁電流和預(yù)設(shè)參考電流相減后再進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以生成第二調(diào)節(jié)電壓；

變換控制模塊，用于基于反帕克變換和所述同步相位角，將所述第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓變換后輸入至pwm調(diào)節(jié)器以控制所述整流器，使得所述發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的直流母線電壓。

第三方面，本發(fā)明還提供了一種軸帶發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：發(fā)電機(jī)和整流器，所述發(fā)電機(jī)和所述整流器電性連接，所述整流器包括上述任意一種發(fā)電機(jī)控制裝置。

本發(fā)明的實(shí)施例通過獲取發(fā)電機(jī)輸出交流電壓經(jīng)整流器整流后對(duì)應(yīng)的直流母線電壓；獲取所述發(fā)電機(jī)的同步相位角；將所述直流母線電壓和預(yù)設(shè)參考電壓輸入至預(yù)設(shè)電壓調(diào)節(jié)環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲取第一轉(zhuǎn)矩電流；基于克拉克變換，將所述發(fā)電機(jī)輸出的三相電流轉(zhuǎn)換成兩相電流；基于帕克變換和所述同步相位角，將所述兩相電流轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流；將所述第一轉(zhuǎn)矩電流和第二轉(zhuǎn)矩電流相減后再進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以生成第一調(diào)節(jié)電壓，以及將所述勵(lì)磁電流和預(yù)設(shè)參考電流相減后再進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以生成第二調(diào)節(jié)電壓；基于反帕克變換和所述同步相位角，將所述第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓變換后輸入至pwm調(diào)節(jié)器以控制所述整流器，使得所述發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的直流母線電壓。同時(shí)通過使用該發(fā)電機(jī)控制方法，軸帶發(fā)電系統(tǒng)還可以省去部分電子元件，比如電抗器等，因此又可以降低了該軸帶發(fā)電系統(tǒng)的成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現(xiàn)有軸帶發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是現(xiàn)有軸帶發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)另一示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的軸帶發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)電機(jī)控制方法的示意流程圖；

圖5是圖4中的步驟s103的子步驟示意流程圖；

圖6是圖4中的步驟s102的子步驟示意流程圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的無速度傳感器雙閉環(huán)電機(jī)控制示意性框圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)電機(jī)控制裝置的示意性框圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)電機(jī)控制裝置的另一示意性框圖；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)電機(jī)控制裝置的另一示意性框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)在本說明書和所附權(quán)利要求書中使用時(shí)，術(shù)語“包括”和“包含”指示所描述特征、整體、步驟、操作、元素和/或組件的存在，但并不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元素、組件和/或其集合的存在或添加。

請參閱圖3，圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的軸帶發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該系統(tǒng)包括柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、整流器和逆變器。其中，該發(fā)電機(jī)可為同步發(fā)電機(jī)、整流器可為igbt整流器。

其中，該整流器直接與發(fā)電機(jī)電性連接，并對(duì)其進(jìn)行控制以使得所述發(fā)電機(jī)在出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)時(shí)仍能輸出穩(wěn)定直流母線電壓。具體地，對(duì)該電機(jī)采用了本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)電機(jī)控制方法，該控制方法可以運(yùn)行在整流器的主控單元中，該主控單元包括芯片處理器。

由于，該整流器是直接與發(fā)電機(jī)電性連接，因此，該軸帶發(fā)電系統(tǒng)與圖2中軸帶發(fā)電系統(tǒng)相比，省去了三相電抗器等，相對(duì)降低了該軸帶發(fā)電系統(tǒng)的成本。

請參閱圖4，圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)電機(jī)控制方法的示意流程圖。該發(fā)電機(jī)控制方法可運(yùn)行在控制電機(jī)的主控芯片中，具體地，在本實(shí)施例中，該控制方法運(yùn)行在整流器的主控單元中。如圖4所示，該控制方法包括步驟s101～s107。

s101、獲取發(fā)電機(jī)輸出交流電壓經(jīng)整流器整流后對(duì)應(yīng)的直流母線電壓。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，該發(fā)電機(jī)為同步發(fā)電機(jī)，具體為船舶上與柴油機(jī)軸帶相連的發(fā)電機(jī)，同時(shí)該發(fā)電機(jī)還與整流器直接電性連接，該整流器為igbt整流器。獲取該發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)過整流器整流后輸出直流母線電壓，具體地，可以通過直流母線電壓采樣單元對(duì)整流器輸出的直流母線電壓進(jìn)行采樣獲取。其中，該直流母線電壓可以表示為udc。

s102、獲取所述發(fā)電機(jī)的同步相位角。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，該同步相位角可以理解為同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，即磁極位置，可以表示為θ。該同步相位角θ是根據(jù)發(fā)電機(jī)的角速度計(jì)算而得，具體地可以通過設(shè)置速度傳感器進(jìn)行測量，比如通過在發(fā)電機(jī)上設(shè)置編碼器，由該編碼器進(jìn)行測量獲取發(fā)電機(jī)的角速度。

在本實(shí)施例中，為了降低系統(tǒng)的成本，不采用傳感器而在軟件上設(shè)置轉(zhuǎn)速搜索模塊，該轉(zhuǎn)速搜索模塊通過對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣就能計(jì)算出同步發(fā)電機(jī)的角速度和同步相位角θ，該角速度為矢量，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向包括正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個(gè)方向。通過電流實(shí)時(shí)采樣計(jì)算角速度為現(xiàn)有技術(shù)，在此不做詳細(xì)介紹。其中同步相位角θ也可以采用現(xiàn)有的計(jì)算方法計(jì)算獲得。

s103、將所述直流母線電壓和預(yù)設(shè)參考電壓輸入至預(yù)設(shè)電壓調(diào)節(jié)環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲取第一轉(zhuǎn)矩電流。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，該預(yù)設(shè)電壓調(diào)節(jié)環(huán)為直流母線電壓環(huán)，該直流母線電壓環(huán)包括斜坡函數(shù)、第一減法器和第一pi調(diào)節(jié)器，直流母線電壓表示為ud，預(yù)設(shè)參考電壓表示為該斜坡函數(shù)用于設(shè)定所述預(yù)設(shè)參考電壓，經(jīng)過斜坡函數(shù)預(yù)設(shè)參考電壓逐步從預(yù)設(shè)參考電壓的初始值遞增直至預(yù)設(shè)參考電壓的目標(biāo)值。其中預(yù)設(shè)參考電壓的初始值為直流母線電壓，預(yù)設(shè)參考電壓的目標(biāo)值由整流器的控制器確定，該預(yù)設(shè)參考電壓的目標(biāo)值的取值范圍為：大于1.58倍的發(fā)電機(jī)端電壓，且小于直流母線保護(hù)電壓。該斜坡函數(shù)通過逐步設(shè)定所述預(yù)設(shè)參考電壓，可以減小電流的沖擊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

其中，步驟s103包括子步驟s103a～s103c，如圖5所示，s103a、根據(jù)所述斜坡函數(shù)設(shè)定預(yù)設(shè)參考電壓；s103b、將所述預(yù)設(shè)參考電壓和直流母線電壓輸入至所述第一減法器相減；s103c、將相減結(jié)果輸入至所述第一pi調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲取第一轉(zhuǎn)矩電流。

具體地，根據(jù)斜坡函數(shù)確定預(yù)設(shè)參考電壓引入斜坡函數(shù)是為了逐步設(shè)定預(yù)設(shè)參考電壓的值，將該預(yù)設(shè)參考電壓和直流母線電壓ud輸入至第一減法器相減以獲得相減結(jié)果，在將該相減結(jié)果輸入至所述第一pi調(diào)節(jié)器進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以獲取第一轉(zhuǎn)矩電流

此外，該第一轉(zhuǎn)矩電流還與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向有關(guān)，因此步驟s103c具體包括：獲取所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；將相減結(jié)果輸入至所述第一pi調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲取轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)電流；根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向和所述轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)電流獲取第一轉(zhuǎn)矩電流。

具體地，可以通過轉(zhuǎn)速搜索模塊和乘法器來實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速搜索模塊用于確定發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向，根據(jù)該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向再利用乘法器確定經(jīng)第一pi調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)電流的正負(fù)，使得所述第一轉(zhuǎn)矩電流具有特定符號(hào)。比如，若通過所述轉(zhuǎn)速搜索模塊搜索出發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向?yàn)檎蜻\(yùn)行，該乘法器輸入-1，使得轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)電流取反以獲得第一轉(zhuǎn)矩電流若通過所述轉(zhuǎn)速搜索模塊搜索出發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為反向運(yùn)行，該乘法器輸入1，使得轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)電流值不變以獲得第一轉(zhuǎn)矩電流

s104、基于克拉克變換，將所述發(fā)電機(jī)輸出的三相電流轉(zhuǎn)換成兩相電流。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，具體地，通過電流采樣單元采樣獲取發(fā)電機(jī)輸出的三相電流，該三相電流分別表示為ia、ib和ic，也可以采樣該三相電流其中的兩個(gè)，另一個(gè)通過計(jì)算得到。

其中，克拉克(clark)變換為常用的一種變換方式，目的是將三相電流ia、ib和ic轉(zhuǎn)換成兩相電流iα和iβ。具體地，是基于clark變換式將三相電流ia、ib和ic轉(zhuǎn)換成兩相電流iα和iβ。

其中，clark變換式為：

在公式1-1中，iα和iβ為兩相電流，ia、ib和ic為三相電流。

s105、基于帕克變換和所述同步相位角，將所述兩相電流轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，帕克(park)變換用于將兩相電流iα和iβ轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)矩電流isq和勵(lì)磁電流isd，其中帕克(park)變換式為：

在公式1-2中，iα和iβ為兩相電流，isq和isd分別為第二轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流，θ為同步相位角。

s106、對(duì)所述第一轉(zhuǎn)矩電流和第二轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以生成第一調(diào)節(jié)電壓，以及對(duì)所述勵(lì)磁電流和預(yù)設(shè)參考電流進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以生成第二調(diào)節(jié)電壓。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，涉及的pi調(diào)節(jié)具體包括第二減法器、第三減法器、第二pi調(diào)節(jié)器和第三pi調(diào)節(jié)器。具體地，將第一轉(zhuǎn)矩電流和第二轉(zhuǎn)矩電流isq輸入至第二減法器進(jìn)行減法運(yùn)算后，經(jīng)第二pi調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)以獲取第一調(diào)節(jié)電壓將勵(lì)磁電流isd和預(yù)設(shè)參考電流輸入至第三減法器進(jìn)行減法運(yùn)算后，經(jīng)第三pi調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)以獲取第二調(diào)節(jié)電壓

其中，為了保證無速度傳感器的軸帶發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，預(yù)設(shè)參考電流給定了10～20％的電機(jī)額定電流ib。

s107、基于反帕克變換和所述同步相位角，將所述第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓變換后輸入至pwm調(diào)節(jié)器以控制所述整流器，使得所述發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的直流母線電壓。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，基于反帕克變換和同步相位角θ將第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓變換成兩相電壓分量，該兩相電壓分量分別表示為和將兩相電壓分量和輸入至pwm調(diào)節(jié)器，該pwm調(diào)節(jié)器具體為svpwm調(diào)節(jié)模塊，該svpwm調(diào)節(jié)模塊根據(jù)兩相電壓分量控制輸出脈沖寬度并輸出至igbt整流器，從而控制igbt整流器的導(dǎo)通與關(guān)斷，使得發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的直流母線電壓。

其中，反park變換式為：

在公式1-3中，和為兩相電壓分量，和分別為第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓，θ為同步相位角。

此外，在上述步驟中，該同步相位角θ可以為發(fā)電機(jī)的初始電壓相位角。但是，該同步相位角θ其實(shí)是受發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流波動(dòng)影響的，因此若使用該初始電壓相位角作為同步相位角，不夠準(zhǔn)確，影響對(duì)發(fā)電機(jī)快速控制。

因此，獲取所述發(fā)電機(jī)的同步相位角，包括：子步驟s102a～s102c，如圖6所示，即步驟s102包括子步驟s102a～s102c。s102a、獲取所述發(fā)電機(jī)的初始電壓相位角；s102b、基于自適應(yīng)觀測器，根據(jù)所述第二轉(zhuǎn)矩電流、勵(lì)磁電流、第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓獲取自適應(yīng)電壓相位角；s102c、將所述初始電壓相位角和自適應(yīng)電壓相位角疊加以獲取所述電機(jī)的同步相位角。

其中，初始電壓相位角為θint，自適應(yīng)電壓相位角為θ1。初始電壓相位角為θint是轉(zhuǎn)速搜索模塊獲取的。該初始電壓相位角為θint可以作為發(fā)電機(jī)的同步相位角，但是為了更為精確地控制，可以對(duì)初始電壓相位角進(jìn)行調(diào)制后最終獲得該同步相位角。具體為：通過mras(自適應(yīng)觀測器)模塊監(jiān)測所述第二轉(zhuǎn)矩電流isq、勵(lì)磁電流isd、第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓獲取自適應(yīng)電壓相位角為θ1。再將初始電壓相位角θint和自適應(yīng)電壓相位角θ1經(jīng)過一加法器相疊加后即可獲得同步相位角θ。

上述實(shí)施例中通過雙閉環(huán)控制模式，即直流母線電壓環(huán)和轉(zhuǎn)矩電流環(huán)，使得軸帶發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)即使在復(fù)雜的環(huán)境中，也可輸出穩(wěn)定的直流母線電壓，同時(shí)通過使用該發(fā)電機(jī)控制方法，軸帶發(fā)電系統(tǒng)還可以省去部分電子元件，比如電抗器等，因此又可以降低了該軸帶發(fā)電系統(tǒng)的成本。該控制方法監(jiān)測發(fā)電機(jī)的輸出電壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的發(fā)電量的控制，同時(shí)還能快速地穩(wěn)定整流器的直流母線電壓而不受軸帶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)和逆變器負(fù)載變化的影響。

請參閱圖7，圖7本發(fā)明實(shí)施例提供的無速度傳感器雙閉環(huán)電機(jī)控制示意性框圖，結(jié)合圖7對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)電機(jī)控制方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。如圖7所示，該發(fā)電機(jī)控制方法主要通過兩個(gè)閉環(huán)控制，該兩個(gè)閉環(huán)控制分別為電壓環(huán)10和電流環(huán)20，即直流母線電壓環(huán)和轉(zhuǎn)矩電流環(huán)。其中，轉(zhuǎn)速搜索模塊30根據(jù)發(fā)電機(jī)sm的輸出電壓獲得發(fā)電機(jī)的角速度ωr、初始電壓相位角θint及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向，以提供給電壓環(huán)10和電流環(huán)20。svpwm調(diào)節(jié)模塊31根據(jù)電流環(huán)20的調(diào)節(jié)輸出電壓控制整流器32中開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。

具體地，電壓環(huán)10包括斜坡函數(shù)11、第一減法器12和第一pi調(diào)節(jié)器。電流環(huán)20包括clark變換21、park變換22、第二減法器23、第二pi調(diào)節(jié)器24、第三減法器25、第三pi調(diào)節(jié)器26和反park變換27。

具體地，獲取發(fā)電機(jī)輸出交流電壓經(jīng)整流器整流后對(duì)應(yīng)的直流母線電壓udc；通過轉(zhuǎn)速搜索模塊30獲取所述發(fā)電機(jī)的同步相位角θ和轉(zhuǎn)動(dòng)方向；由斜坡函數(shù)11確定預(yù)設(shè)參考電壓將預(yù)設(shè)參考電壓和直流母線電壓udc輸入至第一減法器12相減；將相減結(jié)果輸入至第一pi調(diào)節(jié)器13進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以獲取轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)電流，以及根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向和所述轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)電流獲取第一轉(zhuǎn)矩電流基于克拉克變換21，將所述發(fā)電機(jī)輸出的三相電流(ia、ib和ic)轉(zhuǎn)換成兩相電流(iα和iβ)；基于帕克變換和同步相位角θ，將兩相電流iα和iβ轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)矩電流isq和勵(lì)磁電流isd，其中，還將勵(lì)磁電流isd通過濾波器221進(jìn)行濾波，該濾波器221為低通濾波器，對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行濾波降噪；將第一轉(zhuǎn)矩電流和第二轉(zhuǎn)矩電流isq輸入至第二減法器23進(jìn)行減法運(yùn)算后，經(jīng)第二pi調(diào)節(jié)器24調(diào)節(jié)以獲取第一調(diào)節(jié)電壓將勵(lì)磁電流isd和預(yù)設(shè)參考電流輸入至第三減法器25進(jìn)行減法運(yùn)算后，經(jīng)第三pi調(diào)節(jié)器26調(diào)節(jié)以獲取第二調(diào)節(jié)電壓基于反帕克變換27和同步相位角θ，將所述第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓變換為兩相電壓分量和并輸入至svpwm調(diào)節(jié)模塊31以控制整流器32，使得所述發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的直流母線電壓。

此外，該無速度傳感器雙閉環(huán)電機(jī)控制還包括轉(zhuǎn)速搜索模塊30和自適應(yīng)觀測器33，通過轉(zhuǎn)速搜索模塊30獲取初始電壓相位角為θint，通過mras(自適應(yīng)觀測器)模塊監(jiān)測所述第二轉(zhuǎn)矩電流isq、勵(lì)磁電流isd、第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓獲取自適應(yīng)電壓相位角為θ1。再將初始電壓相位角θint和自適應(yīng)電壓相位角θ1經(jīng)過一加法器相疊加后即可獲得同步相位角θ。該無速度傳感器相對(duì)應(yīng)設(shè)置速度傳感器的直接檢測同步相位角θ，該無速度傳感器可以循環(huán)調(diào)制以獲取更為準(zhǔn)確的同步相位角θ。同時(shí)，也進(jìn)一步地，降低了軸帶發(fā)電系統(tǒng)的成本。

上述實(shí)施例中為雙閉環(huán)控制的具體結(jié)構(gòu)示意性框圖，即直流母線電壓環(huán)和轉(zhuǎn)矩電流環(huán)，利用該雙閉環(huán)控制通過采用發(fā)電機(jī)控制方法，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的發(fā)電量的控制，同時(shí)還能快速地穩(wěn)定整流器的直流母線電壓而不受軸帶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)和逆變器負(fù)載變化的影響。

需要說明的是，該發(fā)電機(jī)控制方法可運(yùn)行在整流器中，該發(fā)電機(jī)包括兩種模式，即轉(zhuǎn)速搜索模式和矢量控制模式，該整流器接收外部運(yùn)行命令后，將處于轉(zhuǎn)速搜索模式時(shí)切換至矢量控制模式，進(jìn)而執(zhí)行上述發(fā)電機(jī)控制方法的步驟，完成對(duì)發(fā)電機(jī)的控制，使得該發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的滯留母線電壓。

請參閱圖8，圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)電機(jī)控制裝置的示意性框圖。如圖8所示，該發(fā)電機(jī)控制裝置50包括：第一獲取模塊51、第二獲取模塊52、調(diào)節(jié)獲取模塊53、第一轉(zhuǎn)換模塊54、第二轉(zhuǎn)換模塊55、調(diào)節(jié)生成模塊56和變換控制模塊57。

第一獲取模塊51，用于獲取發(fā)電機(jī)輸出交流電壓經(jīng)整流器整流后對(duì)應(yīng)的直流母線電壓。

具體地，可以通過直流母線電壓采樣單元對(duì)整流器輸出的直流母線電壓進(jìn)行采樣獲取。其中，該直流母線電壓可以表示為udc。

第二獲取模塊52，用于獲取所述發(fā)電機(jī)的同步相位角。

其中，該同步相位角可以理解為同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，即磁極位置，可以表示為θ。該同步相位角θ是根據(jù)發(fā)電機(jī)的角速度計(jì)算而得，具體地可以通過設(shè)置速度傳感器進(jìn)行測量，比如通過在發(fā)電機(jī)上設(shè)置編碼器，由該編碼器進(jìn)行測量獲取發(fā)電機(jī)的角速度?；蛘撸徊捎脗鞲衅鞫谲浖显O(shè)置轉(zhuǎn)速搜索模塊，該轉(zhuǎn)速搜索模塊通過對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣就能計(jì)算出同步發(fā)電機(jī)的角速度和同步相位角θ。

調(diào)節(jié)獲取模塊53，用于將所述直流母線電壓和預(yù)設(shè)參考電壓輸入至預(yù)設(shè)電壓調(diào)節(jié)環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲取第一轉(zhuǎn)矩電流。

其中，該預(yù)設(shè)電壓調(diào)節(jié)環(huán)為直流母線電壓環(huán)，該直流母線電壓環(huán)包括斜坡函數(shù)、第一減法器和第一pi調(diào)節(jié)器?；诖?，調(diào)節(jié)獲取模塊53，包括：設(shè)定模塊531，用于根據(jù)所述斜坡函數(shù)確定預(yù)設(shè)參考電壓；相減模塊532，用于將所述預(yù)設(shè)參考電壓和直流母線電壓輸入至所述第一減法器相減；533調(diào)節(jié)模塊，用于將相減結(jié)果輸入至所述第一pi調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲取第一轉(zhuǎn)矩電流。

此外，該第一轉(zhuǎn)矩電流還與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向有關(guān)，因此，如圖9所示，533調(diào)節(jié)模塊包括：第一獲取子模塊5331，用于獲取所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；調(diào)節(jié)子模塊5332，用于將相減結(jié)果輸入至所述第一pi調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲取轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)電流；第二獲取子模塊5333，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向和所述轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)電流獲取第一轉(zhuǎn)矩電流。

第一轉(zhuǎn)換模塊54，用于基于克拉克變換，將所述發(fā)電機(jī)輸出的三相電流轉(zhuǎn)換成兩相電流。具體地，采用克拉克變換式，將所述發(fā)電機(jī)輸出的三相電流轉(zhuǎn)換成兩相電流。

第二轉(zhuǎn)換模塊55，用于基于帕克變換和所述同步相位角，將所述兩相電流轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流。具體地，采用帕克變換式，將所述兩相電流轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流。

調(diào)節(jié)生成模塊56，用于將所述第一轉(zhuǎn)矩電流和第二轉(zhuǎn)矩電流相減后再進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以生成第一調(diào)節(jié)電壓，以及將所述勵(lì)磁電流和預(yù)設(shè)參考電流相減后再進(jìn)行pi調(diào)節(jié)以生成第二調(diào)節(jié)電壓。

具體地，涉及的pi調(diào)節(jié)具體包括第二減法器、第三減法器、第二pi調(diào)節(jié)器和第三pi調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)生成模塊56包括第一相減調(diào)節(jié)模塊561和第二相減調(diào)節(jié)模塊562。第一相減調(diào)節(jié)模塊561，用于將第一轉(zhuǎn)矩電流和第二轉(zhuǎn)矩電流isq輸入至第二減法器進(jìn)行減法運(yùn)算后，經(jīng)第二pi調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)以獲取第一調(diào)節(jié)電壓第二相減調(diào)節(jié)模塊562，用于將勵(lì)磁電流isd和預(yù)設(shè)參考電流輸入至第三減法器進(jìn)行減法運(yùn)算后，經(jīng)第三pi調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)以獲取第二調(diào)節(jié)電壓

變換控制模塊57，用于基于反帕克變換和所述同步相位角，將所述第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓變換后輸入至pwm調(diào)節(jié)器以控制所述整流器，使得所述發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的直流母線電壓。具體地，該pwm調(diào)節(jié)器具體為svpwm調(diào)節(jié)模塊，該svpwm調(diào)節(jié)模塊根據(jù)兩相電壓分量控制輸出脈沖寬度并輸出至igbt整流器，從而控制igbt整流器的導(dǎo)通與關(guān)斷，使得發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的直流母線電壓。

此外，該同步相位角θ可以為發(fā)電機(jī)的初始電壓相位角。但是，該同步相位角θ其實(shí)是受發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流波動(dòng)影響的，因此若使用該初始電壓相位角作為同步相位角，不夠準(zhǔn)確。因此，如圖10所示，第二獲取模塊52包括：第一角度獲取模塊521，用于獲取所述發(fā)電機(jī)的初始電壓相位角；第二角度獲取模塊522，用于基于自適應(yīng)觀測器，根據(jù)所述第二轉(zhuǎn)矩電流、勵(lì)磁電流、第一調(diào)節(jié)電壓和第二調(diào)節(jié)電壓獲取自適應(yīng)電壓相位角；疊加獲取模塊523，用于將所述初始電壓相位角和自適應(yīng)電壓相位角疊加以獲取所述電機(jī)的同步相位角。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為了描述的方便和簡潔，上述描述的單元和模塊的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過程，在此不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例方法中的步驟可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行順序調(diào)整、合并和刪減。

本發(fā)明實(shí)施例裝置中的模塊可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行合并、劃分和刪減。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。