宽变速运行的双绕组感应发电系统优化的研究.pdfVIP

嘭￡量胡2008年第27卷第9期 ·电机技术- 宽变速运行的双绕组感应发电系统优化的研究 刘陵顺1 张 凯1 胡育文2 2． 264001 (1．海军航空X-程学院控制X-程系 南京航空航天大学航空电源重点实验室 250016) 摘 要 宽变速运行的双绕组感应发电系统相对于恒速运行，在电机的设计及系统控制等方 面需要有特殊的考虑。介绍了宽变速运行的双绕组感应发电机的优化设计特点，为实现控制绕组 励磁变换器容量的最小化，给出了励磁电容和发电机参数同时优化的设计策略，对一台原理样机 进行了优化设计。利用控制绕组定子磁场定向控制策略，在dSPACE仿真平台进行了试验研究， 结果证明，在1：2的宽变速运行范围内，空载和额定负载运行条件下，控制绕组与功率绕组的容 量比可降到1／3左右，这对于降低控制绕组励磁变换器的容量、体积和成本很有意义。 关键词 定子双绕组感应发电机 宽转速 励磁变换器 容量 优化设计dSPACE 这种感应发电机定子具有极数相同的两套绕 1 引言 组，一套为功率绕组，输出端接有励磁电容、整流 传统能源的快速消耗使风能发电、小型水能发电 器负载，输出直流电压；另一套为控制绕组，接有 等再生性能源得到了更多的关注¨1，其中较高压直流 静止的励磁变换器，可以为发电系统连续地补偿励 输电技术的发展对风力发电提出了直流集电的新要 磁，从而有效地调节功率绕组输出电压的幅值使其 求。同时，航空、舰船、坦克和汽车等独立电源系统 保持恒定。由于控制绕组存在一定的漏感，因此可 用电量的急剧增加，也提出了扩大发电容量和提高发 以使励磁变换器输出端所接电感较小，减小了系统 电品质的需求，而且对发电系统的体积和重量也有严 的体积重量；励磁回路和功率回路没有电路连接， 格的限制，高压直流是其发展趋势。感应发电机以其 只有磁的耦合，有助于减小控制绕组谐波电流引起 结构简单、可靠性高和成本低等独特优势在这些领域 的输出电压脉动，提高系统的电磁兼容性，便于实 具有很强的竞争力。但无功功率的消耗和变速变负载 现高性能、高可靠性的控制。 下电压调节困难是传统电容自励式感应发电机的致命 在转速和负载变化范围均较宽的双绕组感应发 缺陷，限制了感应发电机的广泛应用口)1。 电机系统中，实现用小容量的励磁变换器有效地控 新型的基于静止励磁变换器的双绕组感应发电机 制大容量的电能输出，对于降低系统的成本、体积 系统H芦1如图1所示，它允许电机转速和负载在较宽 和重量以及PWM励磁变换器对输出电压的EblC 的范围内变化而保持输出电压的恒定，有助于感应发 问题，意义重大。因此在优化设计中需要使控制绕 电机突破传统的电容自励式的诸多发展限制，适合于 组励磁变换器的容量最小，这是系统参数优化的关 变速风力发电系统以及航空、坦克等独立电源系统。 键。本文主要是针对于宽变速运行的双绕组感应发 电机系统的优