[0001] 本发明涉及发电控制技术领域，具体而言，涉及一种变流模块智能调节的双馈异步发电系统及方法。

[0002] 双馈异步发电机是变速发电中的主流设备之一，其能够在原动机转速变化时，通过调整转子电流的频率来保持输出电压和频率的稳定。这种变速恒频控制技术使得发电机能够在更宽的转速范围内高效运行，从而提高发电效率。同时，稳定的输出电压和频率也有助于保证电网的稳定运行。

[0003] 通过设置合适的控制策略，双馈异步发电机可以实现最优转速运行。即在不同的转速条件下，自动调整发电机的运行参数，使得发电机组能够获得尽可能多的能量并将其转化为电能，因此对双馈异步发电机进行发电控制是提高发电效率、增强电网适应性、提升能源利用率以及满足电网和发电需求的重要手段。

[0004] 现有的发电机控制技术中，往往采用固定的变流系统设计，这样的设计方式往往难以根据发电状态的变化调整适合的变流容量，由此导致变流系统成本增加、灵活性降低，并且难以及时处理故障，造成影响用电，同时现有技术往往难以实现变流控制中的电压补偿，以提高发电机运行的稳定性。

[0040] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0041] 实施例一

[0042] 本实施例提出了一种变流模块智能调节的双馈异步发电系统，如图1所示，包括依次连接的发电机组、动态变流器、变流控制器、直流励磁控制器；

[0043] 所述发电机组为处于同步发电机或异步发电机状态的双馈异步发电机；

[0044] 所述动态变流器用于根据发电机组发电过程中的转速值设置发电方式；

[0045] 所述变流控制器用于根据所述发电方式对发电机组进行发电调节，并确定对发电机组的励磁控制方案；

[0046] 所述直流励磁控制器用于根据所述励磁控制方案对处于同步发电机状态以全功率变流方式运行的双馈异步发电机进行直流励磁。

[0047] 作为优选的实施例，本实施例所述的动态变流器包括功率型电力电子器件、多路切换开关、并网接触器及变流辅助模块，其中，功率型电力电子器件由IGBT全控型电力电子器件组成，用于实现交流、直流母线间的AC/DC整流、DC/AC逆变，直流母线之间的DC/DC变换，以及续流、开关、隔离等功能，并在测量控制模块的控制下通过多路切换模块连接不同的交流母线与直流母线，实现交流母线AC到直流母线DC单向或双向电能传送，并根据运行状态动态调整变流器的拓扑结构，当单个器件的耐压、耐流不满足要求时，可将多个同型号器件串联、并联，并增加均压、均流电路；并网接触器连接发电机定子绕组与交流电网，在发电机以低转速全功率变流运行时用于隔离定子绕组与电网，在发电机以高转速部分功率变流运行时使定子绕组与电网连接，将定子绕组的功率直接送入电网；多路切换开关模块用于将电力电子器件的功率端口连接到各交流母线的各相及各直流母线；变流辅助模块包括直流滤波、交流滤波、电磁兼容EMC滤波、变压器及光电耦合或电磁耦合，用于配合变流过程中所需的滤波、调压、续流、隔离等。

[0048] 基于上述发电结构和原理，本实施例在双馈异步发电机的发电过程中，对不同转速下的最优方案进行讨论，通过设置转速阈值判断电机的运行状态，当发电机组在低速运行时，其转速值低于转速阈值，采用全功率变流的电励磁同步或异步发电方式进行发电，以保证满足发电机的运行需求。当高速运行时，双馈异步发电机的输出功率变大，逐渐达到电机的额定功率，控制发电机采用部分功率变流的双馈异步发电方式进行发电。

[0049] 综上所述，当发电机的转速值低于所述转速阈值时，所述动态变流器控制发电机组采用全功率变流的直流励磁同步发电方式进行发电；

[0050] 当发电机的转速值高于所述转速阈值时，所述动态变流器控制发电机采用部分功率变流的交流励磁双馈异步发电方式进行发电。

[0051] 作为优选的实施例，所述变流控制器计算发电机组发电的实时功率因数和电磁扭矩；

[0052] 根据所述实时功率因数获取发电机组发电的平均功率因数，根据所述平均功率因数设置发电机组的给定有功功率及无功功率。

[0053] 进一步地，所述发电机组的实时功率因数计算方法如下所示：

[0054]

[0055] 其中，K表示发电机的凸极比，且K＝Ld/Lq，x＝sin2γ，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，γ为电流角。

[0056] 所述电磁扭矩的计算方法如下所示：

[0057]

[0058] 其中，Te为发电机的电磁扭矩，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，Is为发电机组的电流矢量，pn为发电机的磁极数量。

[0059] 进一步地，在生成励磁控制方案的过程中，所述变流控制器通过构建发电机组发电过程中电流值和电压值的矢量关系，根据电流值和电压值的矢量关系计算发电机组需要补偿的电流矢量，根据所述电流矢量计算电压矢量，同时计算所述电压矢量和所述电流矢量的相位差，获得功率因数角；

[0060] 根据所述功率因数角以及所述电压矢量计算发电机需要的功率因数，进而构建发电机组的有功功率及无功功率控制方案。

[0061] 进一步地，直流励磁控制器输出电压的设置可以根据发电机组实际的发电状态进行调整，在发电机组转速较低时，需要较高的输出电压，提高发电机的运行电压，在发电机组转速加快时，减小直流励磁控制器的输出电压，以实现发电状态的动态控制。

[0062] 实施例二

[0063] 本实施例提出了一种变流模块智能调节的双馈异步发电方法，如图2所示，包括以下步骤：

[0064] 获取发电机组发电过程中的转速值，根据所述转速值设置发电方式；

[0065] 根据所述发电方式对发电机组进行发电调节，并确定对发电机组的励磁控制方案；

[0066] 根据所述励磁控制方案对处于同步发电机状态以全功率变流方式运行的双馈异步发电机进行直流励磁，对处于异步发电机状态以部分功率变流方式运行的双馈异步发电机进行交流励磁。

[0067] 作为优选的实施例，根据所述转速值设置发电方式的过程包括：

[0068] 设置转速阈值，当所述转速值低于所述转速阈值时，采用全功率变流的直流励磁同步或异步发电方式进行发电；

[0069] 当所述转速值高于所述转速阈值时，采用部分功率变流的交流励磁双馈异步发电方式进行发电。

[0070] 作为优选的实施例，根据所述发电方式和所述电流分配方案对发电机组进行发电调节的过程包括：

[0071] 根据所述电流分配方案计算发电机组发电的实时功率因数和电磁扭矩；

[0072] 根据所述实时功率因数获取发电机组发电的平均功率因数，根据所述平均功率因数设置发电机组的给定有功功率及无功功率。

[0073] 作为优选的实施例，所述实时功率因数的计算方法如下所示：

[0074]

[0075] 其中，K表示发电机的凸极比，且K＝Ld/Lq，x＝sin2γ，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，γ为电流角。

[0076] 作为优选的实施例，所述电磁扭矩的计算方法如下所示：

[0077]

[0078] 其中，Te为发电机的电磁扭矩，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，Is为发电机组的电流矢量，pn为发电机的磁极数量。

[0079] 作为优选的实施例，生成发电机组的励磁控制方案的过程包括：

[0080] 构建发电机组发电过程中电流值和电压值的矢量关系，根据电流值和电压值的矢量关系计算发电机组需要补偿的电流矢量，根据所述电流矢量计算电压矢量，同时计算所述电压矢量和所述电流矢量的相位差，获得功率因数角，进而构建发电机组的有功功率及无功功率控制方案。

[0081] 作为优选的实施例，根据所述励磁控制方案对处于同步发电机状态以全功率变流方式运行的双馈异步发电机进行直流励磁，对处于异步发电机状态以部分功率变流方式运行的双馈异步发电机进行交流励磁的过程包括：

[0082] 对处于同步发电机状态以全功率变流方式运行的双馈异步发电机进行直流励磁，设置直流励磁控制器的输出电压，控制发电机运行电压；

[0083] 对处于异步发电机状态以部分功率变流方式运行的双馈异步发电机进行交流励磁，直流励磁控制器退出。

[0084] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0085] 最后应说明的是，以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。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所述以权利要求的保护范围为准。