多绕组永磁直驱发电机的变流系统及变流控制方法

摘要

本发明的实施例提供了一种多绕组永磁直驱发电机的变流系统及变流控制方法，其中，所述变流系统包括：多个机侧整流器和与所述多个机侧整流器一一对应的多个机侧整流器控制器，每个所述机侧整流器与一套绕组相连接，所述多个机侧整流器控制器用于对与其对应的机侧整流器进行开关控制，使得每两个相邻的所述机侧整流器工作的开关频率相差预定的频率间隔。本发明的多绕组永磁直驱发电机的变流系统及变流控制方法，能够降低绕组间电流产生磁场铰链相互影响，从而抑制电流畸变。

说明书

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种多绕组永磁直驱发电机的 变流系统及变流控制方法。

背景技术

众所周知，永磁直驱发电机一般采用多绕组结构，每套绕组为一个 独立的三相系统。在该结构中，由于绕组间电流会产生磁场铰链，磁场 铰链相互影响使得相电流之间相互干扰，进而导致发电机相电流间的畸 变，图1为现有技术多绕组永磁直驱发电机机侧三相电流波形示意图， 如图1所示，发电机相电流间发生了畸变。同时相电流的畸变还会影响 变流系统的控制性能，严重时会出现风力发电机组产生振动的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于，提供一种多绕组永磁直驱发电机的变流 系统及变流控制方法，能够降低绕组间电流产生磁场铰链的相互影响， 从而抑制电流畸变。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供了一种多绕组永磁直驱 发电机的变流系统，包括：多个机侧整流器和与所述多个机侧整流器一 一对应的多个机侧整流器控制器，每个所述机侧整流器与一套绕组相连 接，所述多个机侧整流器控制器用于对与其对应的机侧整流器进行开关 控制，使得每两个相邻的所述机侧整流器工作的开关频率相差预定的频 率间隔。

优选地，所述预定的频率间隔的范围在20赫兹到500赫兹之间。

优选地，所述多个机侧整流器采用共直流母线拓扑结构。

优选地，所述变流系统还包括：所述变流系统包括多个全功率变流 器，多个所述全功率变流器采用并联拓扑结构，每个所述全功率变流器 包括网侧滤波器、网侧逆变器、所述机侧整流器和机侧滤波器。

优选地，所述多绕组永磁直驱发电机包括主控制器，所述变流系统 还包括与所述多个网侧逆变器一一对应的网侧逆变器控制器，其中一个 网侧逆变器控制器作为主逆变器控制器，其他的网侧逆变器控制器作为 从逆变器控制器，所述主逆变器控制器用于接收所述主控制器发送的第 一扭矩信号，并将所述第一扭矩信号平均分配为第二扭矩信号，以及将 所述第二扭矩信号发送至多个所述从逆变器控制器。

优选地，所述变流系统还包括多个机侧断路器和多个网侧断路器， 每个所述全功率变流器的两端分别与一个所述机侧断路器和一个所述 网侧断路器相连接，每个所述机侧断路器的另一端与所述多绕组永磁直 驱发电机的一套绕组相连接，每个所述网侧断路器的另一端与电网相连 接。

优选地，所述变流系统还包括一个网侧断路器、一个网侧滤波器、 多个机侧滤波器以及多个机侧断路器，所述网侧断路器的一端与电网相 连接，所述网侧断路器的另一端与所述网侧滤波器相连接，每个所述机 侧断路器的一端与所述多绕组永磁直驱发电机的一套绕组相连接，每个 所述机侧断路器的另一端与所述机侧滤波器相连接。

本发明的实施例还提供了一种多绕组永磁直驱发电机的变流控制 方法，变流系统包括：多个机侧整流器和与所述多个机侧整流器一一对 应的多个机侧整流器控制器，每个所述机侧整流器与一套绕组相连接， 所述变流控制方法包括：

通过所述多个机侧整流器控制器对与其对应的机侧整流器进行开 关控制，使得每两个相邻的所述机侧整流器工作的开关频率相差预定的 频率间隔。

优选地，所述预定的频率间隔的范围在20赫兹到500赫兹之间。

优选地，所述多绕组永磁直驱发电机包括主控制器，所述变流系统 还包括：多个网侧逆变器和与所述多个网侧逆变器一一对应的网侧逆变 器控制器，其中一个网侧逆变器控制器作为主逆变器控制器，其他的网 侧逆变器控制器作为从逆变器控制器，所述变流控制方法还包括：

所述主逆变器控制器接收所述主控制器发送的第一扭矩信号，并将 所述第一扭矩信号平均分配为第二扭矩信号，以及将所述第二扭矩信号 发送至多个所述从逆变器控制器。

本发明实施例提供的多绕组永磁直驱发电机的变流系统及变流控制 方法，多个机侧整流器控制器控制各自对应的机侧整流器，使得每两个 相邻的机侧整流器工作的开关频率相差预定的频率间隔，能够降低绕组 间电流产生磁场铰链的相互影响，从而抑制了电流畸变，并改善了系统 的控制性能。

附图说明

图1为现有技术多绕组永磁直驱发电机机侧三相电流波形示意图；

图2为本发明实施例一的多绕组永磁直驱发电机的变流系统的结构 示意图；

图3为本发明实施例二的多绕组永磁直驱发电机的变流系统的结构 示意图；

图4为本发明实施例三的多绕组永磁直驱发电机的变流系统的结构 示意图；

图5为本发明实施例三的采用机侧整流器工作的开关频率相差预定 的频率间隔后的机侧三相电流波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例多绕组永磁直驱发电机的变流系统 及变流控制方法进行详细描述。

在实际应用中，一般来说变流系统包括除主电路(分别为整流电路、 逆变电路和滤波电路)外，还需有对主电路进行调节和控制的控制电路。 在本发明实施例中，变流系统包括机侧滤波器、机侧整流器、机侧整流器 控制器、网侧逆变器、网侧逆变器控制器以及网侧滤波器。

实施例一

图2为本发明实施例一的多绕组永磁直驱发电机的变流系统的结构 示意图，如图2所示，变流系统包括：多个机侧整流器101、以及与多 个机侧整流器101一一对应的多个机侧整流器控制器102，每个机侧整 流器101与多绕组永磁直驱发电机的一套绕组相连接，多个机侧整流器 控制器102对与其对应的机侧整流器101进行开关控制，使得每两个相 邻的机侧整流器102工作的开关频率相差预定的频率间隔。

具体的，举例来说，假设有n个机侧整流器，以及与n个机侧整流 器一一对应的n个机侧整流器控制器，预定的频率间隔为100赫兹，第 一个机侧整流器控制器对与其对应的机侧整流器进行开关控制，使其工 作的开关频率为k赫兹，那么剩余的n-1个机侧整流器控制器也分别对 各自对应的机侧整流器进行开关控制，使得n-1个机侧整流器工作的开 关频率分别为k+100、k+200，一直到k+100*n。

本发明实施例的多绕组永磁直驱发电机的变流系统，通过多个机侧 整流器控制器对与其对应的机侧整流器进行开关控制，以使多个机侧整 流器工作的开关频率以预定的频率间隔错开，使得绕组间电流产生的电 磁场不会耦合，进而降低了绕组间磁场铰链相互影响，抑制了电流畸变。

实施例二

图3为本发明实施例二的多绕组永磁直驱发电机的变流系统的结构 示意图，如图3所示，变流系统包括：多个机侧整流器101、以及与多 个机侧整流器101一一对应的多个机侧整流器控制器102，多个网侧逆 变器203、多个网侧滤波器204以及多个机侧滤波器205，全功率变流 器包括：网侧逆变器203、网侧滤波器204、机侧整流器101以及机侧 滤波器205，也就是变流系统中包括了多个全功率变流器，并且这多个 全功率变流器采用的是并联拓扑结构。在本实施例中，全功率变流器包 括网侧滤波器、网侧逆变器、所述机侧整流器和机侧滤波器。一般来说， 在实际应用中，除网侧逆变器、网侧滤波器、机侧整流器以及机侧滤波 器组成全功率变流器的主回路外，全功率变流器还可以包括控制回路， 也就是机侧整流器控制器和网侧逆变器控制器。

需要说明的是，多个机侧整流器控制器102对与其对应的机侧整流 器101进行开关控制，使得每两个相邻的机侧整流器102工作的开关频 率相差预定的频率间隔。此外，机侧滤波器可以是Du/Dt滤波器，Du/Dt 滤波器可起到滤除载波上的高次谐波、衰减干扰信号等作用。网侧滤波 器可以是LCL滤波器，网侧逆变器采用串联LCL滤波器更有利于逆变 器在较低开关频率下获得高质量的进网电流。

优选地，预定的频率间隔的范围可在20赫兹到500赫兹之间。

进一步地，多绕组永磁直驱发电机包括主控制器，变流系统还可以 包括与多个网侧逆变器203一一对应的网侧逆变器控制器208，其中一 个网侧逆变器控制器作为主逆变器控制器，其他的网侧逆变器控制器作 为从逆变器控制器，主逆变器控制器用于接收主控制器发送的第一扭矩 信号，并将第一扭矩信号平均分配为第二扭矩信号，以及将第二扭矩信 号发送至多个从逆变器控制器。具体的，需要说明的是第一扭矩信号是 主控制器发送给主逆变器控制器的扭矩值，主逆变器控制器就将接收到 的扭矩值除以网侧逆变器控制器的个数，也就是对扭矩值求平均值作为 第二扭矩信号，并把第二扭矩信号发送给从逆变器控制器。

更进一步地，变流系统还可以包括：多个机侧断路器206和多个网 侧断路器207，每个全功率变流器的两端分别与一个机侧断路器206和 一个网侧断路器207相连接，每个机侧断路器206的另一端与多绕组永 磁直驱发电机的一套绕组相连接，每个网侧断路器207的另一端与电网 相连接。

本发明实施例的多绕组永磁直驱发电机的变流系统，具有如下技术 效果：

一方面，通过多个机侧整流器控制器对与其对应的机侧整流器进行 开关控制，以使多个机侧整流器工作的开关频率以预定的频率间隔错开， 使得绕组间电流产生的电磁场不会耦合，降低了绕组间磁场铰链相互影 响，从而抑制了电流畸变；

另一方面，多个全功率变流器采用并联拓扑结构，可以简化变流器 的设计，使得变流器的设计标准化，即通过几台标准化的变流器并联即 可实现容量扩展；

另一方面，将多个网侧逆变器控制器中的一个作为主逆变器控制器， 其他的作为从逆变器控制器，由主逆变器控制器接收主控制器发送的扭 矩信号，并将该扭矩信号平均分配给多个从逆变器控制器，从而改善了 系统的控制性能，防止风力发电机组产生振动等问题的发生；

再一方面，在机侧滤波器与多绕组永磁直驱发电机之间加入机侧断 路器，以及网侧滤波器与电网之前加入网侧断路器，从而使得当一台变 流器或发电机绕组等故障情况发生时，能够切除故障变流器或发电机绕 组，保证发电机组及变流系统的正常运行。

实施例三

图4为本发明实施例三的多绕组永磁直驱发电机的变流系统的结构 示意图，如图4所示，变流系统包括：多个机侧整流器101、与多个机 侧整流器101一一对应的多个机侧整流器控制器102，一个网侧断路器 208、一个网侧滤波器204、一个网侧逆变器203、多个机侧滤波器205 以及多个机侧断路器206，其中，网侧断路器207的一端与电网相连接， 网侧断路器207的另一端与网侧滤波器204相连接，每个机侧断路器206 的一端与多绕组永磁直驱发电机的一套绕组相连接，每个机侧断路器 206的另一端与机侧滤波器205相连接。

需要说明的是，这多个机侧整流器101采用共直流母线拓扑结构。 多个机侧整流器控制器102对与其对应的机侧整流器101进行开关控制， 使得每两个相邻的机侧整流器102工作的开关频率相差预定的频率间隔。

本发明实施例的多绕组永磁直驱发电机的变流系统，通过多个机侧 整流器控制器对与其对应的机侧整流器进行开关控制，以使多个机侧整 流器工作的开关频率以预定的频率间隔错开，使得绕组间电流产生的电 磁场不会耦合，进而降低了绕组间磁场铰链相互影响，抑制了电流畸变。 另外，在机侧滤波器与多绕组永磁直驱发电机加入机侧断路器，以及网 侧滤波器与电网之间加入网侧断路器，能够在发电机绕组或网侧器件发 生故障时切除故障电路，保证发电机组及变流系统的正常运行。

实施例四

多绕组永磁直驱发电机可在前述实施例一所述的变流系统中执行该 变流控制方法，变流系统包括：多个机侧整流器和与多个机侧整流器一 一对应的多个机侧整流器控制器，每个机侧整流器与一套绕组相连接， 该变流控制方法包括：

通过多个机侧整流器控制器对与其对应的机侧整流器进行开关控制， 使得每两个相邻的机侧整流器工作的开关频率相差预定的频率间隔。

在本实施例中，图5为本发明实施例三的采用机侧整流器工作的开 关频率相差预定的频率间隔后的机侧三相电流波形示意图，参照图5， 与图1中现有技术多绕组永磁直驱发电机机侧三相电流波形相比，通过 每个机侧整流器控制器都对与其对应的机侧整流器进行开关控制，将每 两个相邻的机侧整流器工作的开关频率相差预定的频率间隔，很大程度 上对电流畸变起到了抑制的作用。

本发明实施例的多绕组永磁直驱发电机的变流控制方法，多个机侧 整流器控制器对与其对应的机侧整流器进行开关控制，以使每两个相邻 的机侧整流器工作的开关频率相差预定的频率间隔，使得绕组间电流产 生的电磁场不会耦合，进而降低了绕组间磁场铰链相互影响，抑制了电 流畸变。

进一步地，为了更好的抑制电流畸变，预定的频率间隔的范围可在 20赫兹到500赫兹之间。

进一步地，为了改善变流系统的控制性能，多绕组永磁直驱发电机 包括主控制器，该变流系统还可以包括：多个网侧逆变器和与多个网侧 逆变器一一对应的网侧逆变器控制器，其中一个网侧逆变器控制器作为 主逆变器控制器，其他的网侧逆变器控制器作为从逆变器控制器，该变 流控制方法还可以包括：

主逆变器控制器接收主控制器发送的第一扭矩信号，并将第一扭矩 信号平均分配为第二扭矩信号，以及将第二扭矩信号发送至多个从逆变 器控制器。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本 发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。