本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)整流技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)和一種發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)的控制方法。

背景技術(shù)：

在許多電網(wǎng)電力難以到達(dá)的場(chǎng)合，如野外工作環(huán)境、船舶及航空?qǐng)龊?、保障能源等，發(fā)電機(jī)供電由于其工作穩(wěn)定、供電時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、便于移動(dòng)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于獨(dú)立式供電系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)多數(shù)工作于離網(wǎng)情況，相比于并網(wǎng)發(fā)電，發(fā)電機(jī)組供電容量較小，等效輸出阻抗較大，當(dāng)用電中有大量無(wú)功負(fù)載和電力電子器件時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)效率降低，輸出波形惡化，發(fā)電機(jī)組的電能質(zhì)量一般都會(huì)低于大電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

整流單元作為一種交直變換器，廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中?，F(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)電機(jī)整流裝置一般采用二極管不控整流或晶閘管相控整流，工作穩(wěn)定可靠性高，控制相對(duì)簡(jiǎn)單，但這類(lèi)型的整流裝置會(huì)造成諧波污染，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，增加線(xiàn)路損耗，降低電能利用率，同時(shí)也可能造成局部諧振，產(chǎn)生設(shè)備故障。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和功率開(kāi)關(guān)器件性能的提升，pwm(pulsewidthmodulation，脈沖寬度調(diào)制)控制技術(shù)被引入到整流裝置的控制中。pwm整流方式具有卓越的電能變換性能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化運(yùn)行且保持與電壓同相位，運(yùn)行于單位功率因數(shù)，從源頭上解決諧波和無(wú)功功率問(wèn)題，廣泛應(yīng)用于有源濾波、高壓直流輸電、超導(dǎo)儲(chǔ)能、電力傳動(dòng)、可再生能源并網(wǎng)發(fā)電等各個(gè)領(lǐng)域，但是，目前絕大多數(shù)pwm整流單元控制方式按照交流側(cè)為三相電網(wǎng)設(shè)計(jì)或?yàn)樘囟òl(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)，并不能完全適用于普通發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題中的至少之一，本發(fā)明提供了一種發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)及其控制方法，通過(guò)利用發(fā)電機(jī)定子側(cè)繞組電感替代傳統(tǒng)全控整流單元中的濾波電感，提高了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)全控整流裝置的輕量化與集成化，匹配了發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)和機(jī)端輸出電壓與整流單元交流側(cè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取發(fā)電機(jī)端電壓、電流信號(hào)值和整流單元輸出直流側(cè)電壓信號(hào)值，計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)位置，進(jìn)一步生成調(diào)節(jié)交流側(cè)電流的第一路控制指令和調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓的第二路控制指令，調(diào)制pwm開(kāi)關(guān)信號(hào)送入整流單元的igbt(insulatedgatebipolartransistor，絕緣柵雙極型晶體管)驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)全控整流系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，同時(shí)使發(fā)電機(jī)處于單位功率因數(shù)工作，機(jī)端輸出電流正弦化，減小了電流諧波污染，提高了電能利用率，保證了整流單元直流側(cè)輸出電壓穩(wěn)定且可調(diào)，提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)，包括：發(fā)電機(jī)、整流單元和控制單元，其中，發(fā)電機(jī)包括定子繞組和勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)與定子繞組配合設(shè)置，在參考控制信號(hào)的激勵(lì)下勵(lì)磁系統(tǒng)與定子繞組實(shí)現(xiàn)發(fā)電；整流單元用于對(duì)發(fā)電機(jī)輸出的交流電進(jìn)行整流，其三相交流端直接與發(fā)電機(jī)定子繞組相連，其直流側(cè)經(jīng)濾波電容后連接負(fù)載；控制單元用于根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出端和整流單元輸出端的電壓電流信號(hào)，以及預(yù)設(shè)的參考值進(jìn)行運(yùn)算，得出控制整流單元的pwm開(kāi)關(guān)信號(hào)。

在該技術(shù)方案中，通過(guò)將整流單元的三相交流端直接與定子繞組相連，利用發(fā)電機(jī)定子側(cè)繞組電感替代傳統(tǒng)全控整流單元中的濾波電感，提高了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)全控整流裝置的輕量化與集成化，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取發(fā)電機(jī)端電壓、電流信號(hào)值和整流單元輸出直流側(cè)電壓信號(hào)值，計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)位置，進(jìn)一步生成調(diào)節(jié)交流側(cè)電流的第一路控制指令和調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓的第二路控制指令，調(diào)制pwm開(kāi)關(guān)信號(hào)送入整流單元的igbt驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)全控整流系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，同時(shí)使發(fā)電機(jī)處于單位功率因數(shù)工作，減小了電流諧波污染，提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，保證了整流單元直流側(cè)輸出電壓可調(diào)，提高了電能利用率。

其中，通過(guò)使用六個(gè)帶反并聯(lián)二極管的igbt組成三項(xiàng)橋臂構(gòu)成全控整流單元，三項(xiàng)橋臂的中點(diǎn)直接與定子繞組相連，直流側(cè)通過(guò)濾波電容后與負(fù)載相連。

其中，通過(guò)勵(lì)磁機(jī)控制器控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)，從而控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)的等效值，使轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)保持在要求范圍之內(nèi)，與整流單元達(dá)到匹配，參考控制信號(hào)預(yù)設(shè)為發(fā)電機(jī)空載時(shí)的勵(lì)磁電流，預(yù)設(shè)的參考值包括預(yù)設(shè)的整流單元的直流側(cè)電壓、發(fā)電機(jī)磁鏈確定的反電動(dòng)勢(shì)。發(fā)電機(jī)空載時(shí)的勵(lì)磁電流和發(fā)電機(jī)磁鏈確定的反電動(dòng)勢(shì)根據(jù)發(fā)電機(jī)的參數(shù)確定，發(fā)電機(jī)一旦確定，上述兩參數(shù)也是恒定值，在發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)穩(wěn)定工作中保持恒定不變。對(duì)預(yù)設(shè)的整流單元的直流側(cè)電壓進(jìn)行調(diào)整，可調(diào)節(jié)輸出的直流電壓，從而對(duì)整流單元的開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，定子繞組作為整流單元的濾波電感，定子繞組的電感值根據(jù)發(fā)電機(jī)和整流單元的參數(shù)相匹配設(shè)置。

在該技術(shù)方案中，通過(guò)定子繞組將發(fā)電機(jī)與整流單元連接整合為一個(gè)系統(tǒng)，為了解決兩者兼容工作的問(wèn)題，定子繞組的電感值應(yīng)該與發(fā)電機(jī)和整流單元的參數(shù)相匹配設(shè)置。發(fā)電機(jī)定子繞組不僅充當(dāng)定子電樞感應(yīng)轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢(shì)，輸出機(jī)端電壓，同時(shí)在連接整流單元后充當(dāng)整流單元交流側(cè)濾波電感，定子繞組與整流單元直接相關(guān)的參數(shù)為其等效電感值，發(fā)電機(jī)的定子繞組設(shè)計(jì)和考量與傳統(tǒng)電機(jī)一致，采用經(jīng)驗(yàn)公式或根據(jù)技術(shù)要求確定。

對(duì)于整流單元而言，電感要滿(mǎn)足有功功率級(jí)別的要求，交流側(cè)濾波電感的存在使整流單元具有boost型pwmac/dc變換性能及直流側(cè)受控電流源特性。電感的取值影響到第一路控制信號(hào)所控制電流環(huán)的動(dòng)、靜態(tài)響應(yīng)，制約著整流單元的輸出功率、功率因數(shù)及直流電壓。

同時(shí)，電感要滿(mǎn)足瞬態(tài)電流跟蹤的能力，保證既要快速跟蹤電流，又要抑制電流諧波。整流單元要調(diào)制出正弦波電流，在電流過(guò)零處電流變化率最大，電感要足夠小以滿(mǎn)足快速跟蹤電流的要求，電流峰值處，電流諧波脈動(dòng)最嚴(yán)重，電感要足夠大以抑制諧波。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，整流單元的交流側(cè)電氣參數(shù)與發(fā)電機(jī)電氣模型進(jìn)行匹配設(shè)置，發(fā)電機(jī)與整流單元交流側(cè)整合為一個(gè)整體。

在該技術(shù)方案中，要確定整流單元利用發(fā)電機(jī)定子繞組作為濾波電感后整流單元交流側(cè)電氣參數(shù)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部的對(duì)應(yīng)情況，匹配發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)和機(jī)端輸出電壓與整流單元交流側(cè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，改變發(fā)電機(jī)的帶負(fù)載工作特性。一般情況下，發(fā)電機(jī)工作在額定功率的情況下，由于自身定子電感電樞反應(yīng)的存在，機(jī)端電壓會(huì)滯后于轉(zhuǎn)子側(cè)反電動(dòng)勢(shì)，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)保持感性帶負(fù)載工作狀態(tài)，一般三相發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)為0.8。

其中，整流單元與發(fā)電機(jī)匹配，設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)運(yùn)行，要求定子電流的相位與轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)相位保持一致，發(fā)電機(jī)機(jī)端輸出電流相位要超前于機(jī)端電壓相位，發(fā)電機(jī)在輸出端呈容性帶負(fù)載工作狀態(tài)，對(duì)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)，要保證感應(yīng)生成的定子電流與轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)同相位。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，勵(lì)磁系統(tǒng)包括勵(lì)磁機(jī)控制器、勵(lì)磁機(jī)和轉(zhuǎn)子繞組，勵(lì)磁機(jī)控制器接收控制單元的參考控制信號(hào)，產(chǎn)生對(duì)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，勵(lì)磁機(jī)感應(yīng)勵(lì)磁機(jī)控制器輸出的勵(lì)磁電流產(chǎn)生三相感應(yīng)電流，勵(lì)磁機(jī)與轉(zhuǎn)子繞組相連接，對(duì)三相感應(yīng)電流整流后傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子繞組。

在該技術(shù)方案中，以設(shè)計(jì)勵(lì)磁機(jī)控制方式為電流控制為例，通過(guò)勵(lì)磁機(jī)控制器輸出恒定大小電流形成勵(lì)磁磁場(chǎng)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)感應(yīng)到的三相電進(jìn)行整流，然后供給轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)。勵(lì)磁機(jī)控制器以發(fā)電機(jī)空載時(shí)的初始勵(lì)磁電流有效值作為參考控制信號(hào)值，將參考控制信號(hào)值轉(zhuǎn)化為恒定勵(lì)磁電流輸出，保證勵(lì)磁的設(shè)定值不變，從而保證轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)不變。同時(shí)，在匹配不同電壓等級(jí)的整流單元工作時(shí)，通過(guò)控制單元可改變參考控制信號(hào)值的范圍，使其控制的轉(zhuǎn)子繞組的等效反電動(dòng)勢(shì)匹配整流單元工作。需要注意的是，轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁控制與整流單元輸出電壓之間并不為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，同一勵(lì)磁控制信號(hào)可匹配不同的電壓，只是在整流單元輸出電壓變化范圍較大的情況，為了更好的控制效果可相應(yīng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，上述控制單元包括轉(zhuǎn)換子單元、處理子單元、運(yùn)算子單元、控制子單元；轉(zhuǎn)換子單元用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)機(jī)端和整流單元的輸出端的電壓電流信號(hào)，并將檢測(cè)到的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字式的電壓電流信號(hào)值；處理子單元將電壓電流信號(hào)值進(jìn)行不同坐標(biāo)的變換或反變換，并根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出端的電壓電流信號(hào)值計(jì)算所述轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置；運(yùn)算子單元將電壓電流信號(hào)和給定的參考控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算；控制子單元根據(jù)運(yùn)算子單元的運(yùn)算結(jié)果，生成控制igbt的通斷的pwm開(kāi)關(guān)信號(hào)。

在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，控制子單元包括電壓控制器、電流控制器和脈寬調(diào)制器，電壓控制器用于根據(jù)運(yùn)算子單元生成的第一路控制指令生成參考電流值，電流控制器根據(jù)運(yùn)算子單元生成的第二路控制指令進(jìn)行解耦生成電壓調(diào)制指令，脈寬調(diào)制器根據(jù)轉(zhuǎn)換子單元轉(zhuǎn)換后的電壓調(diào)制指令生成矢量脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)信號(hào)。

在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，運(yùn)算子單元將整流單元輸出端的電壓與預(yù)設(shè)的整流單元直流側(cè)電壓的求差生成第一路控制指令，運(yùn)算子單元將參考電流值與dq坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)輸出端電流值求差生成第二路控制指令。

在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換子單元用于將發(fā)電機(jī)輸出端的電流信號(hào)值變換為αβ坐標(biāo)系下的電流值，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置將αβ坐標(biāo)系下的電流值變換為dq坐標(biāo)系下的電流值，還用于根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置將電壓調(diào)制指令反變換為αβ坐標(biāo)系下的電壓調(diào)制指令。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面提出的發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)的控制方法，

包括：檢測(cè)發(fā)電機(jī)的輸出端和整流單元的輸出端的電壓電流信號(hào)，并對(duì)電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字式的電壓電流信號(hào)值；根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出端的電壓電流信號(hào)值計(jì)算轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置以及dq坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)輸出端電流值；根據(jù)整流單元的輸出端電壓電流信號(hào)值與預(yù)設(shè)的參考值生成第一路控制指令；根據(jù)第一路控制指令生成參考電流值，并與dq坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)輸出端電流值求差生成第二路控制指令；根據(jù)給定的參考值對(duì)第二路控制指令進(jìn)行補(bǔ)償和解耦，生成電壓調(diào)制指令；根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置和電壓調(diào)制指令進(jìn)行空間電壓矢量調(diào)制，生成矢量脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制整流單元中開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)啟關(guān)斷。

在該技術(shù)方案中，根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出端的電壓電流信號(hào)值計(jì)算轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置以及dq坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)輸出端電流值具體包括：對(duì)發(fā)電機(jī)輸出端的電壓電流信號(hào)值通過(guò)滑模觀(guān)測(cè)器進(jìn)行觀(guān)測(cè)；根據(jù)觀(guān)測(cè)值和實(shí)時(shí)的電壓電流信號(hào)值計(jì)算得出轉(zhuǎn)子繞組的反電動(dòng)勢(shì)在αβ坐標(biāo)系下的分量；通過(guò)鎖相環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的反電動(dòng)勢(shì)在αβ坐標(biāo)系下的分量進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算得到轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置；根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置將αβ坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)輸出端的電流值變換為dq坐標(biāo)系下的電流值。

其中，整流單元與發(fā)電機(jī)匹配后；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)存在電氣隔離不易測(cè)量，實(shí)時(shí)相位與機(jī)端電壓間會(huì)因負(fù)載變化造成電樞反應(yīng)不同而產(chǎn)生不確定功角，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速會(huì)在不同負(fù)載切換情況下出現(xiàn)變化造成發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率改變，機(jī)端電壓由于后接入全控整流橋會(huì)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)管動(dòng)作pwm化情況。針對(duì)以上確定適合發(fā)電機(jī)端匹配整流單元的控制方法，利用滑膜觀(guān)測(cè)器加鎖相環(huán)技術(shù)在機(jī)端測(cè)量觀(guān)測(cè)轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位置，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子方向?yàn)榇沛湻较?，滯后于轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)90°，控制上認(rèn)定電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈方向?yàn)閰⒖挤较?，有、無(wú)功軸交換位置，解耦控制器做出相應(yīng)變化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：通過(guò)利用發(fā)電機(jī)定子側(cè)繞組電感替代傳統(tǒng)全控整流單元中的濾波電感，提高了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)全控整流裝置的輕量化與集成化，匹配了發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)和機(jī)端輸出電壓與整流單元交流側(cè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合此關(guān)系制定了發(fā)電機(jī)全與整流單元融合后的控制策略，解決了兩者兼容的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，使發(fā)電機(jī)處于單位功率因數(shù)工作，機(jī)端輸出電流正弦化，減小了電流諧波污染，提高了電能利用率，保證了整流單元直流側(cè)輸出電壓穩(wěn)定可調(diào)，提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例公開(kāi)的發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)的電路連接示意圖；

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例公開(kāi)的發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)q軸模型示意圖；

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例公開(kāi)的發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)d軸模型示意圖；

圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例公開(kāi)的發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)dq軸矢量模型示意圖；

圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例公開(kāi)的發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)整流后的發(fā)電機(jī)工作矢量模型示意圖；

圖6為本發(fā)明一種實(shí)施例公開(kāi)的發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)的鎖相環(huán)的構(gòu)造示意圖；

圖7為本發(fā)明一種實(shí)施例公開(kāi)的發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)的控制方法的示意框圖。

圖中，各組件與附圖標(biāo)記之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

101.勵(lì)磁機(jī)控制器，102.勵(lì)磁機(jī)，103.滑模觀(guān)測(cè)器，104.鎖相環(huán)，105.電壓控制器，106.電流控制器，107.脈寬調(diào)制器，108.負(fù)載，a.第一路控制指令，b.第二路控制指令。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，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)明的一部分實(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(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的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。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明提供的一種發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)，包括：發(fā)電機(jī)、整流單元和控制單元，其中，發(fā)電機(jī)包括定子繞組和勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)與定子繞組配合設(shè)置，在參考控制信號(hào)的激勵(lì)下勵(lì)磁系統(tǒng)與定子繞組實(shí)現(xiàn)發(fā)電；整流單元用于對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電流進(jìn)行整流，整流單元的三相交流端直接與定子繞組相連，整流單元的直流側(cè)連接負(fù)載108；控制單元用于根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出端和整流單元輸出端的電壓電流信號(hào)，以及預(yù)設(shè)的參考值進(jìn)行運(yùn)算，得出控制整流單元的igbt的通斷的pwm開(kāi)關(guān)信號(hào)。

在該實(shí)施例中，圖1中左側(cè)虛線(xiàn)框內(nèi)為發(fā)電機(jī)的等效電氣模型，ea、eb、ec為三相轉(zhuǎn)子繞組的等效反電動(dòng)勢(shì)，l、r為定子繞組的電感和電阻，機(jī)端輸出電壓為v。六個(gè)帶反并聯(lián)二極管的igbt構(gòu)成全控整流橋，整流單元直流側(cè)連接濾波電容c，后接入負(fù)載108。通過(guò)將igbt的三相交流端直接與定子繞組相連，利用發(fā)電機(jī)側(cè)定子繞組電感替代傳統(tǒng)全控整流單元中的濾波電感，提高了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)全控整流裝置的輕量化與集成化，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取發(fā)電機(jī)端電壓、電流信號(hào)值和整流單元輸出直流側(cè)電壓信號(hào)值，計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)位置，進(jìn)一步生成調(diào)節(jié)交流側(cè)電流的第一路控制指令a和調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓的第二路控制指令b，調(diào)制pwm開(kāi)關(guān)信號(hào)送入igbt驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)全控整流系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，同時(shí)使發(fā)電機(jī)處于單位功率因數(shù)工作，減小了電流諧波污染，提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，保證了整流單元直流側(cè)輸出電壓可調(diào)，提高了電能利用率。

其中，通過(guò)使用六個(gè)帶反并聯(lián)二極管的igbt構(gòu)成全控整流單元，使整流單元可搭配普通的同步發(fā)電機(jī)，整流單元和發(fā)電機(jī)整合為了一個(gè)系統(tǒng)。

其中，參考控制信號(hào)為發(fā)電機(jī)空載時(shí)的勵(lì)磁電流，預(yù)設(shè)的參考值包括預(yù)設(shè)的整流單元的直流側(cè)電壓、發(fā)電機(jī)磁鏈確定的反電動(dòng)勢(shì)。發(fā)電機(jī)空載時(shí)的勵(lì)磁電流和發(fā)電機(jī)磁鏈確定的反電動(dòng)勢(shì)根據(jù)發(fā)電機(jī)的參數(shù)確定，發(fā)電機(jī)一旦確定，上述兩參數(shù)也是恒定值。對(duì)預(yù)設(shè)的整流單元的直流側(cè)電壓進(jìn)行調(diào)整，可調(diào)節(jié)輸出的直流電壓電，從而對(duì)整流單元的開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制。

在上述實(shí)施例中，優(yōu)選地，定子繞組作為整流單元的濾波電感，定子繞組的電感值根據(jù)發(fā)電機(jī)和整流單元的參數(shù)相匹配設(shè)置。

在該實(shí)施例中，通過(guò)定子繞組將發(fā)電機(jī)與整流單元整合為一個(gè)系統(tǒng)，為了解決兩者兼容工作的問(wèn)題，定子繞組的電感值應(yīng)該與發(fā)電機(jī)和整流單元的參數(shù)相匹配設(shè)置。發(fā)電機(jī)定子繞組不僅充當(dāng)定子電樞感應(yīng)轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢(shì)，輸出機(jī)端電壓，同時(shí)在連接整流單元后充當(dāng)整流單元交流側(cè)濾波電感，定子繞組與整流單元直接相關(guān)的參數(shù)為其等效電感值，發(fā)電機(jī)的定子繞組設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)電機(jī)一致，采用經(jīng)驗(yàn)公式或根據(jù)技術(shù)要求確定。

具體地，如圖2和圖3所示，同步發(fā)電機(jī)的在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的等效電路模型建立在轉(zhuǎn)子磁鏈同步參考dq坐標(biāo)系下。在該電路模型中，采用q軸為有功軸建模，為了對(duì)轉(zhuǎn)子回路進(jìn)行建模，采用q軸電路中的恒定電流源if代替轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流，ωψf為轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)。其中，ldm、lqm為定子等效電感l(wèi)m在dq軸上的分量，l1s為定、轉(zhuǎn)子存在的漏電感，定義ld＝l1s+ldm、lq＝l1s+lqm分別為定子d軸電感和q軸電感，ωldids、ωlqiqs為dq軸電樞反應(yīng)電勢(shì)，可得同步發(fā)電機(jī)電壓方程模型為式(1)和式(2)：

如圖4所示為根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型得出的發(fā)電機(jī)在工作時(shí)的矢量模型。圖5所示為整流后的發(fā)電機(jī)工作矢量模型。當(dāng)發(fā)電機(jī)工作在額定功率的情況下，由于自身定子電感電樞反應(yīng)的存在，機(jī)端電壓us會(huì)滯后于轉(zhuǎn)子側(cè)反電動(dòng)勢(shì)e0，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)保持電感性工作狀態(tài)，一般三相發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)為0.8。

依據(jù)此模型，整流單元與發(fā)電機(jī)匹配，設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)運(yùn)行，即要求定子電流的相位與轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)e0相位保持一致，定子電流相位要超前于機(jī)端電壓相位，發(fā)電機(jī)在輸出端呈容性帶負(fù)載工作狀態(tài)，對(duì)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)，要保證感應(yīng)生成的定子電流與轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)同相位。發(fā)電機(jī)帶整流單元后的工作矢量如圖5所示。同時(shí)要調(diào)制定子電流保持正弦，電流無(wú)高次諧波。

依據(jù)此模型，要確定轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)幅值在要求范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中為了使機(jī)端輸出電壓us恒定，會(huì)相應(yīng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流if的大小改變勵(lì)磁機(jī)102上轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)e0的值，發(fā)電機(jī)空載后的機(jī)端電壓us0等于空載轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)e0。

設(shè)計(jì)勵(lì)磁機(jī)102的控制方式為電流控制，通過(guò)勵(lì)磁機(jī)控制器101輸出恒定大小電流if0形成勵(lì)磁磁場(chǎng)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)102ex感應(yīng)三相電經(jīng)整流后供給轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁場(chǎng)。勵(lì)磁機(jī)控制器101檢測(cè)發(fā)電機(jī)空載時(shí)的勵(lì)磁電流有效值，作為參考控制信號(hào)值作為恒定電流輸出，保證勵(lì)磁的在所設(shè)定值不變，設(shè)定值參考空載機(jī)端電壓us0，從而保證轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)不變。同時(shí)，在匹配不同電壓等級(jí)的整流單元工作時(shí)，可改變參考控制信號(hào)范圍，使其控制的轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)匹配整流單元工作。需要注意的是，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁控制與整流單元輸出電壓之間并不為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，同一勵(lì)磁控制信號(hào)可匹配不同的電壓，只是在整流單元輸出電壓變化范圍較大的情況，為了更好的控制效果可相應(yīng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁。

對(duì)于同步發(fā)電機(jī)主要涉及到交軸同步電抗，包括電樞漏電抗和交軸電樞反應(yīng)電抗，和直軸同步電抗，包括電樞漏電抗和直軸電樞反應(yīng)電抗，同步電樞反應(yīng)電抗對(duì)應(yīng)三相交流繞組電流在氣息中所產(chǎn)生的基波磁場(chǎng)，為主電抗。在發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)工作情況下，定子繞組的電感值l與電抗x成正比，依據(jù)公式為x＝ωl。同時(shí)線(xiàn)圈的電感l(wèi)還可表示為一般在電機(jī)的參數(shù)確定中可以用磁鏈來(lái)推導(dǎo)出電抗，從中可以知道電感的大小，進(jìn)而與整流單元濾波電感匹配。

交流電機(jī)定子基波磁場(chǎng)的每極基波磁通量φ計(jì)算如下：

式中bδ1為電樞基波磁場(chǎng)的磁密幅值，單位t，lef為電樞鐵芯計(jì)算長(zhǎng)度，單位m，τ為極距，單位m。

根據(jù)(3)式可推導(dǎo)交鏈電樞繞組的磁鏈ψ為：

ψ＝φkdpn1(4)

式中，kdpn1為電樞繞組每相有效串聯(lián)的匝數(shù)。

將(3)式帶入(4)式，并考慮到磁密幅值bδ1的求取，可導(dǎo)出磁鏈的計(jì)算公式，定子主電抗計(jì)算公式為：

式中，μ0為氣隙磁導(dǎo)率，為定值4π×10^-7(h/m)，m為電機(jī)的相數(shù)，p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)，δef為有效氣隙長(zhǎng)度，δef＝kδδ，其中kδ為卡特系數(shù)，δ為氣隙長(zhǎng)度?？赏茖?dǎo)出定子的對(duì)應(yīng)電感為：

從中，可看出發(fā)電機(jī)定子的電感與①每相串聯(lián)匝數(shù)，②電樞鐵芯長(zhǎng)度，③極距，④氣隙長(zhǎng)度有關(guān)，這些參數(shù)都是與發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)相關(guān)的固定量。

進(jìn)而，根據(jù)發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的依據(jù)，借鑒成功經(jīng)驗(yàn)和工程資料，參考相近規(guī)格、相同類(lèi)型的電機(jī)結(jié)構(gòu)和尺寸，主要依靠下式確定電機(jī)的主要尺寸：

式中d為電樞鐵芯直徑，單位m；leff為電樞計(jì)算長(zhǎng)度，n為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，一般為額定轉(zhuǎn)速，單位r/min，p′為計(jì)算功率，單位v·a，p′＝mei，對(duì)于同步電機(jī)，e即利用電動(dòng)勢(shì)公式e＝4.44fnkdpφ計(jì)算，實(shí)際中只需知道發(fā)電機(jī)的視在功率即可；α′p為計(jì)算計(jì)算極弧系數(shù)，其中bδau為氣隙平均磁密；knm為氣隙磁場(chǎng)波形系數(shù)，當(dāng)磁場(chǎng)正弦分布時(shí)為1.11；kdp為電樞繞組的繞組系數(shù)，通常取基波繞組系數(shù)kdp1；a為線(xiàn)負(fù)載，即電樞圓周單位長(zhǎng)度的安培導(dǎo)體數(shù)，bδ為磁負(fù)載，即為氣隙磁密的最大值，簡(jiǎn)稱(chēng)為氣隙磁密。以上分析可確定同步發(fā)電機(jī)的電樞繞組與發(fā)電機(jī)的關(guān)聯(lián)因素，通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)的分析即可計(jì)算出相應(yīng)匹配整流單元的相關(guān)參數(shù)，并可做出適當(dāng)調(diào)整。

對(duì)于整流單元而言，電感要滿(mǎn)足有功功率級(jí)別的要求，交流側(cè)濾波電感的存在使整流單元具有boost型pwmac/dc變換性能及直流側(cè)受控電流源特性。電感的取值影響到第一控制信號(hào)所控制電流環(huán)的動(dòng)、靜態(tài)響應(yīng)，制約著整流單元的輸出功率、功率因數(shù)及直流電壓。整流單元單位功率因數(shù)運(yùn)行的控制最終歸結(jié)為調(diào)整交流側(cè)機(jī)端電壓v的幅值、相位角，考慮直流母線(xiàn)電壓vdc，當(dāng)功率確定，轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)確定，發(fā)電機(jī)輸出頻率ω確定，電感兩端電壓vl要求不能過(guò)大，結(jié)合控制策略的電壓最大利用率，電感取值的上限關(guān)系如下：

式中em為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)峰值，im為基波相電流峰值，為電流與轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)向量的夾角，m為電壓最大利用率，spwm控制svpwm控制據(jù)此，當(dāng)整流單元工作在單位功率因數(shù)時(shí)，考慮上述影響因素，可確定符合整流單元的電感上限范圍。

同時(shí)，電感要滿(mǎn)足瞬態(tài)電流跟蹤的能力，保證既要快速跟蹤電流，又要抑制電流諧波。整流單元要調(diào)制出正弦波電流，在電流過(guò)零處電流變化率最大，電感要足夠小滿(mǎn)足快速跟蹤電流的要求，電流峰值處，電流諧波脈動(dòng)最嚴(yán)重，電感要足夠大能抑制諧波。

發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間存在電氣隔離，轉(zhuǎn)子繞組的反電動(dòng)勢(shì)的相位和幅值并不能實(shí)時(shí)測(cè)量，整流單元控制策略上采用磁鏈定向的電壓電流雙閉環(huán)控制，所檢測(cè)磁鏈的相位滯后于轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)相位90°，要使dq軸中q軸作為有功軸，d軸作為無(wú)功軸，當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠岛愣ú⒁院愣ㄋ俣刃D(zhuǎn)。

在上述實(shí)施例中，優(yōu)選地，勵(lì)磁系統(tǒng)包括勵(lì)磁機(jī)控制器101、勵(lì)磁機(jī)102和轉(zhuǎn)子繞組，勵(lì)磁機(jī)102感應(yīng)勵(lì)磁機(jī)控制器101輸出的參考控制信號(hào)產(chǎn)生三相感應(yīng)電流，勵(lì)磁機(jī)102與轉(zhuǎn)子繞組相連接，對(duì)三相感應(yīng)電流整流后傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子繞組。

在該實(shí)施例中，以設(shè)計(jì)勵(lì)磁機(jī)102控制方式為電流控制為例，通過(guò)勵(lì)磁機(jī)控制器101輸出恒定大小電流形成勵(lì)磁磁場(chǎng)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)102對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)感應(yīng)到的三相電進(jìn)行整流，然后供給轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)。勵(lì)磁機(jī)控制器101以控制單元檢測(cè)到的發(fā)電機(jī)空載時(shí)的勵(lì)磁電流有效值作為參考控制信號(hào)值，將參考控制信號(hào)值轉(zhuǎn)化為恒定電流輸出，保證勵(lì)磁的設(shè)定值不變，從而保證轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)不變。而且，在匹配不同電壓等級(jí)的整流單元工作時(shí)，可改變參考控制信號(hào)值的范圍，使其控制的轉(zhuǎn)子繞組的等效反電動(dòng)勢(shì)匹配整流單元工作。需要注意的是，轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁控制與整流單元輸出電壓之間并不為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，同一勵(lì)磁控制信號(hào)可匹配不同的電壓，只是在整流單元輸出電壓變化范圍較大的情況，為了更好的控制效果可相應(yīng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁。

在上述實(shí)施例中，優(yōu)選地，上述控制單元包括轉(zhuǎn)換子單元、處理子單元、運(yùn)算子單元、控制子單元；轉(zhuǎn)換子單元用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)機(jī)端和整流單元的輸出端的電壓電流信號(hào)，并將檢測(cè)到的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字式的電壓電流信號(hào)值；處理子單元用于將電壓電流信號(hào)值進(jìn)行不同坐標(biāo)的變換或反變換，并根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出端的電壓電流信號(hào)利用滑模觀(guān)測(cè)器103和鎖相環(huán)104確定轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置；運(yùn)算子單元將電壓電流信號(hào)和給定的參考控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算；控制子單元根據(jù)運(yùn)算子單元的運(yùn)算結(jié)果，生成控制igbt的通斷的pwm開(kāi)關(guān)信號(hào)。

在該實(shí)施例中，優(yōu)選地，控制子單元包括電壓控制器105、電流控制器106和脈寬調(diào)制器107，電壓控制器105用于根據(jù)運(yùn)算子單元生成的第一路控制指令a生成參考電流值電流控制器106根據(jù)運(yùn)算子單元生成的第二路控制指令b進(jìn)行解耦生成電壓調(diào)制指令，脈寬調(diào)制器107根據(jù)轉(zhuǎn)換子單元轉(zhuǎn)換后的電壓調(diào)制指令生成矢量脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)信號(hào)。

在該實(shí)施例中，優(yōu)選地，運(yùn)算子單元將整流單元輸出端的電壓vdc與預(yù)設(shè)的整流單元直流側(cè)電壓的求差生成第一路控制指令a，運(yùn)算子單元將參考電流值與dq坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)輸出端電流值iq(id)求差生成第二路控制指令b。

在該實(shí)施例中，優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換子單元對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出端和整流單元的輸出端的電壓電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)ad轉(zhuǎn)換將檢測(cè)到的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為處理器可以識(shí)別的數(shù)字式的電壓電流信號(hào)值。

具體地，處理子單元將發(fā)電機(jī)輸出端的電流信號(hào)值變換為αβ坐標(biāo)系下的電流值，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置將αβ坐標(biāo)系下的電流值變換為dq坐標(biāo)系下的電流值，還用于根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置將電壓調(diào)制指令反變換為αβ坐標(biāo)系下的電壓調(diào)制指令。將電壓電流信號(hào)值通過(guò)滑模觀(guān)測(cè)器103進(jìn)行觀(guān)測(cè)，得出發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組的反電動(dòng)勢(shì)在αβ坐標(biāo)系下的分量，再經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)104對(duì)上述分量進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算得出轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置，滑模觀(guān)測(cè)器103與鎖相環(huán)104構(gòu)造無(wú)位置傳感器，從而觀(guān)測(cè)出發(fā)電機(jī)的無(wú)法直接測(cè)得的內(nèi)部測(cè)量量，從而獲取轉(zhuǎn)子繞組的磁鏈位置θ。

其中，由于發(fā)電機(jī)內(nèi)部測(cè)量量無(wú)法測(cè)得，為了獲得轉(zhuǎn)子磁鏈位置，交流電壓、電流檢測(cè)電路實(shí)時(shí)采集a、b兩相的電壓、電流模擬信號(hào)，送入da轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，采用滑膜觀(guān)測(cè)器與鎖相環(huán)104的方法構(gòu)造無(wú)位置傳感器，滑模觀(guān)測(cè)器103可很好的適應(yīng)于電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)管動(dòng)作后被pwm化的情況，電壓測(cè)量量可直接引出于機(jī)端電壓值。根據(jù)發(fā)電機(jī)電壓模型(式(1)、式(2))構(gòu)造整流單元滑模觀(guān)測(cè)器103，切換函數(shù)依據(jù)實(shí)時(shí)電流與觀(guān)測(cè)值確定，定義切換函數(shù)為為定子電流觀(guān)測(cè)值，iα、iβ為定子電流實(shí)測(cè)值，定義切換面為根據(jù)要觀(guān)測(cè)的對(duì)象，利用eα、eβ來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置，采用常值切換函數(shù)式中signs(x)為符號(hào)函數(shù)，k為滑模增益。構(gòu)造滑模觀(guān)測(cè)器103：

結(jié)合發(fā)電機(jī)電壓模型可得動(dòng)態(tài)誤差方程：

使滑膜觀(guān)測(cè)器達(dá)到可達(dá)性條件，式中k的取值范圍為：k<-max{|eα||eβ|}。

滑模觀(guān)測(cè)器103最終穩(wěn)定在切換面附近，當(dāng)滑模觀(guān)測(cè)器103工作在穩(wěn)定狀態(tài)后可近似認(rèn)為即：

將(11)帶入誤差方程(6)，可以得到：

這樣，由估算電流值和實(shí)際電流值的誤差產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)信號(hào)即包含轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)的信息，但其包含大量高頻開(kāi)關(guān)信息，需要用低通濾波器從開(kāi)關(guān)信息中提取連續(xù)的等效信號(hào)，即為反電動(dòng)勢(shì)估算值：

轉(zhuǎn)子在α-β坐標(biāo)系下等效磁鏈方程為：

其中，θr為d軸磁鏈與α軸角度，轉(zhuǎn)子等效反電動(dòng)勢(shì)e角度超前其90°。

在一個(gè)實(shí)時(shí)的滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)的切換過(guò)程不是一個(gè)完全理想的開(kāi)關(guān)函數(shù)，在離散化的過(guò)程中，系統(tǒng)不能漸進(jìn)穩(wěn)定與原點(diǎn)，而是在光滑的滑動(dòng)模態(tài)上疊加一個(gè)鋸齒形的軌跡，在實(shí)際應(yīng)用中，高頻抖振是必然存在的，這是滑膜觀(guān)測(cè)器的一個(gè)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。抖振的存在提高了滑膜觀(guān)測(cè)器的抗攝動(dòng)和抗擾動(dòng)能力，但同時(shí)也影響系統(tǒng)精度，破壞系統(tǒng)性能。

直接利用反正切計(jì)算角度由于抖振的問(wèn)題將造成較大的角度估算誤差，為了克服上述缺點(diǎn)，利用鎖相環(huán)104來(lái)提取反電動(dòng)勢(shì)的速度和位置信息，鎖相環(huán)104的低通濾波特性可以起到削弱抖振的作用。

如圖6所示為鎖相環(huán)104的構(gòu)造方式的示意圖。根據(jù)上述滑膜觀(guān)測(cè)器的觀(guān)測(cè)結(jié)果，θr為轉(zhuǎn)子實(shí)際位置，θ為估算位置。

δe＝-eαcosθ-eβsinθ

＝ωψfsinθrcosθ-ωψfcosθrsinθ

＝ωψfsin(θr-θ)

轉(zhuǎn)子實(shí)際位置與估算位置相減后得到轉(zhuǎn)子位置估算誤差，將該誤差進(jìn)行pi調(diào)節(jié)后獲得轉(zhuǎn)子速度估計(jì)值，對(duì)速度估計(jì)值進(jìn)行積分便可得到轉(zhuǎn)子位置，積分后對(duì)2π取余得到實(shí)際轉(zhuǎn)子位置。

其中，轉(zhuǎn)換子單元將檢測(cè)到的發(fā)電機(jī)輸出端的電流信號(hào)值變換為αβ坐標(biāo)系下的分量，并根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置，將αβ坐標(biāo)系下的電流信號(hào)值分量變換為dq坐標(biāo)系下的電流信號(hào)值。

其中，運(yùn)算子單元將轉(zhuǎn)換子單元檢測(cè)到的整流單元輸出端的電壓信號(hào)值與預(yù)設(shè)的整流單元直流側(cè)電壓進(jìn)行求差運(yùn)算，將得出的差值進(jìn)行比例放大或積分生成第一路控制指令a，用以控制直流側(cè)電壓幅值。

其中，控制子單元中的電壓控制器105根據(jù)第一路控制指令a給出有功軸電流的參考值，通過(guò)對(duì)有功電流的調(diào)節(jié)來(lái)控制整流單元瞬時(shí)有功功率，電壓控制器105可采用傳統(tǒng)的比例積分控制，得到對(duì)比結(jié)構(gòu)，另一路為無(wú)功軸，若保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)工作于單位功率因數(shù)，需要保證無(wú)功分量為0，設(shè)定無(wú)功軸參考電流為0，則運(yùn)算子單元將dq坐標(biāo)系下的電流信號(hào)值分量分別與有功軸電流的參考值和無(wú)功軸參考電流進(jìn)行求差運(yùn)算，生成電流第二路控制指令b。控制子單元對(duì)第二路控制指令b進(jìn)行解耦運(yùn)算，以消除dq坐標(biāo)系下電流之間存在的耦合影響。設(shè)計(jì)有、無(wú)功軸解耦補(bǔ)償環(huán)節(jié)，采用交叉耦合前饋補(bǔ)償?shù)姆椒?，?duì)電機(jī)側(cè)的擾動(dòng)和交叉耦合擾動(dòng)進(jìn)行前饋補(bǔ)償，在此可以設(shè)計(jì)電壓參考指令環(huán)節(jié)為比例積分調(diào)節(jié)，通過(guò)pi調(diào)節(jié)器對(duì)電壓參考指令誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)將第二路控制指令b解耦，同時(shí)調(diào)整比例積分參數(shù)，生成電壓調(diào)制指令。轉(zhuǎn)換子單元根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置，將電壓調(diào)制指令反變換至αβ坐標(biāo)系下?？刂谱訂卧俨捎胹pwm(sinusoidalpulsewidthmodulation)或svpwm(spacevectorpulsewidthmodulation)算法，生成不同占空比的脈寬調(diào)制矢量波形，控制整流單元中開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)啟關(guān)斷。以svpwm為例，空間電流矢量svpwm調(diào)制技術(shù)不僅具有開(kāi)關(guān)頻率低、諧波分量小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，而且其直流電流利用率要比spwm提高近15.5％，并且數(shù)字化實(shí)現(xiàn)也比較簡(jiǎn)單。

其中，設(shè)計(jì)有、無(wú)功軸解耦補(bǔ)償環(huán)節(jié)，采用交叉耦合前饋補(bǔ)償?shù)姆椒?，?duì)電機(jī)側(cè)的擾動(dòng)和交叉耦合擾動(dòng)進(jìn)行前饋補(bǔ)償，在此可以設(shè)計(jì)電壓參考指令環(huán)節(jié)為比例積分調(diào)節(jié)，通過(guò)pi調(diào)節(jié)器對(duì)電壓參考指令誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)有、無(wú)功軸電流對(duì)給定值的無(wú)靜差跟蹤、發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)，解耦及電流控制器106關(guān)系如下：

如圖7所示，根據(jù)本發(fā)明提供的一種發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)的控制方法，包括：步驟s101，檢測(cè)發(fā)電機(jī)的輸出端和整流單元的輸出端的電壓電流信號(hào)，并對(duì)電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字式的電壓電流信號(hào)值；步驟s102，根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出端的電壓電流信號(hào)值計(jì)算轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置以及dq坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)輸出端電流值；步驟s103，根據(jù)整流單元的輸出端電壓電流信號(hào)值與預(yù)設(shè)的參考值生成第一路控制指令；步驟s104，根據(jù)第一路控制指令生成參考電流值，并與dq坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)輸出端電流值求差生成第二路控制指令；步驟s105，根據(jù)給定的參考值對(duì)第二路控制指令進(jìn)行補(bǔ)償和解耦，生成電壓調(diào)制指令；步驟s106，根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置和電壓調(diào)制指令進(jìn)行空間電壓矢量調(diào)制，生成矢量脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制整流單元中開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)啟關(guān)斷。

在該實(shí)施例中，根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出端的電壓電流信號(hào)值計(jì)算轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置以及dq坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)輸出端電流值具體包括：對(duì)發(fā)電機(jī)輸出端的電壓電流信號(hào)值通過(guò)滑模觀(guān)測(cè)器進(jìn)行觀(guān)測(cè)；根據(jù)觀(guān)測(cè)值和實(shí)時(shí)的電壓電流信號(hào)值計(jì)算得出轉(zhuǎn)子繞組的反電動(dòng)勢(shì)在αβ坐標(biāo)系下的分量；通過(guò)鎖相環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的反電動(dòng)勢(shì)在αβ坐標(biāo)系下的分量進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算得到轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置；根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置將αβ坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)輸出端的電流值變換為dq坐標(biāo)系下的電流值。

具體地，控制子單元中的電壓控制器根據(jù)第一路控制指令給出有功軸電流的參考值，通過(guò)對(duì)有功電流的調(diào)節(jié)來(lái)控制整流單元瞬時(shí)有功功率，電壓控制器可采用傳統(tǒng)的比例積分控制，得到對(duì)比結(jié)構(gòu)，另一路為無(wú)功軸，需要保證無(wú)功分量為0，設(shè)定無(wú)功軸參考電流為0，則運(yùn)算子單元將dq坐標(biāo)系下的電流信號(hào)值分量分別與有功軸電流的參考值和無(wú)功軸參考電流進(jìn)行求差運(yùn)算，生成電流第二路控制指令?？刂谱訂卧獙?duì)第二路控制指令進(jìn)行解耦運(yùn)算，以消除dq坐標(biāo)系下電流之間存在的耦合影響。設(shè)計(jì)有、無(wú)功軸解耦補(bǔ)償環(huán)節(jié)，采用交叉耦合前饋補(bǔ)償?shù)姆椒?，?duì)電機(jī)側(cè)的擾動(dòng)和交叉耦合擾動(dòng)進(jìn)行前饋補(bǔ)償，在此可以設(shè)計(jì)電壓參考指令環(huán)節(jié)為比例積分調(diào)節(jié)，通過(guò)pi調(diào)節(jié)器對(duì)電壓參考指令誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)將第二路控制指令解耦，同時(shí)調(diào)整比例積分參數(shù)，生成電壓調(diào)制指令。轉(zhuǎn)換子單元根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的矢量位置，將電壓調(diào)制指令反變換至αβ坐標(biāo)系下?？刂谱訂卧俨捎胹vpwm算法，生成不同占空比的脈寬調(diào)制矢量波形，控制整流單元中開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)啟關(guān)斷。

以上為本發(fā)明的實(shí)施方式，考慮到現(xiàn)有技術(shù)中整流裝置造成諧波污染和局部諧振、電能利用率低、不能完全適用于普通發(fā)電機(jī)的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種發(fā)電機(jī)全控整流系統(tǒng)及其控制方法，通過(guò)利用發(fā)電機(jī)定子側(cè)繞組電感替代傳統(tǒng)全控整流單元中的濾波電感，全控整流單元搭配普通同步發(fā)電機(jī)，整流單元與發(fā)電機(jī)整合為一個(gè)系統(tǒng)，提高了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)全控整流裝置的輕量化與集成化，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取發(fā)電機(jī)端電壓、電流信號(hào)值和整流單元輸出直流側(cè)電壓信號(hào)值，計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)位置，進(jìn)一步生成調(diào)節(jié)交流側(cè)電流的第一路控制指令a和調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓的第二路控制指令b，調(diào)制pwm開(kāi)關(guān)信號(hào)送入igbt驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)全控整流系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，同時(shí)使發(fā)電機(jī)處于單位功率因數(shù)工作，減小了電流諧波污染，提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，保證了整流單元直流側(cè)輸出電壓可調(diào)，提高了電能利用率。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。