共用lc并網濾波器的多定子繞組端口電機系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統，可提高可靠性和容錯性，其包括：位于電機側的多個電機定子繞組端口，其分別由多個獨立的電壓源型逆變器饋電；所述電壓源型逆變器分別由獨立的直流母線電容供電；所述直流母線電容分別與獨立的電壓源型整流器連接，由相應的電壓源型整流器對其供電；所述電壓源型整流器通過各自的交流側電感并聯，并在電網側共用LC濾波器；所述LC濾波器包括三相并網電感以及與之并聯的三相濾波電容，其中：所述三相并網電感的另一端與三相電網相連接，所述三相濾波電容的另一端與各電壓源型整流器的交流側電感并聯連接；所述電壓源型整流器對應直流母線電容的電壓由該電壓源型整流器的控制模塊控制。
【專利說明】共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電機領域，尤其是多定子繞組端口的電機系統，具體而言涉及一種共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統。
【背景技術】
[0002]目前電機系統功率要求越來越大，電機尺寸也相應越來越大。傳統的電機系統定子繞組為三相，通過三相繞組的并聯或串聯來增大電機功率，采用三相功率變換器對電機進行饋電。這種傳統三相電機由于繞組集中，并分布在電機的整個角度空間，因此不利于電機的模塊化生產和裝配。電機功率的不斷增大，給電機的生產和裝配帶來了更大的困難。同時當電機中某一相繞組出現故障，會影響其他兩相電機繞組運行，進而影響整個電機正常運行。
[0003]為了克服三相電機系統的這些缺點，提出了多個三相繞組構成的多相電機系統。這種多相電機系統具有多個三相繞組，可以實現模塊化生產和維修。這些多三相繞組具有多個三相繞組端口，可以由多個電力電子變換器通道進行饋電。當某一套三相繞組發生故障時，其他繞組仍可以由相應的電力電子變換器供電、繼續工作，系統的可靠性得到提高。對于電機的三相繞組兩端都引出的繞組接法，這兩個定子繞組端口同樣可以由兩臺電力電子變換器獨立供電，當其中某一個電力電子變換器通道發生故障時，不影響另一個變換器通道的正常工作。
[0004]由于這種多通道電力電子變換器供電的多定子繞組電機常由多個電力電子變換器獨立供電，這些電力電子變換器需要在電網側和電網相連。為了減小并網電流諧波，這些并網變換器在電網側常采用LC濾波器。傳統的多個并網變換器就需要多個LC濾波器，這樣系統的成本將增加。同時需要對多個LC濾波器進行獨立控制，需要更多和更復雜的控制器。另外，對于電網側帶有LC濾波器的電壓源型整流器如何在各種不對稱電網條件下有效運行目前還沒有很好的策略。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的缺陷或不足，本發明旨在提供一種共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統，在電機側通過多個獨立的電壓源型逆變器對多繞組端口電機進行獨立饋電，提高了電機系統的可靠性和容錯性。
[0006]為達成上述目的，本發明提出一種共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統，包括:
[0007]位于電機側的多個電機定子繞組端口，該多個電機定子繞組端口分別由多個獨立的電壓源型逆變器饋電；
[0008]所述電壓源型逆變器分別由獨立的直流母線電容供電；
[0009]所述直流母線電容分別與獨立的電壓源型整流器連接，由相應的電壓源型整流器對其供電；[0010]所述電壓源型整流器通過各自的交流側電感并聯，并在電網側共用LC濾波器；
[0011]所述LC濾波器包括三相并網電感以及與之并聯的三相濾波電容，其中:所述三相并網電感的另一端與三相電網相連接，所述三相濾波電容的另一端與各電壓源型整流器的交流側電感并聯連接；[0012]所述電壓源型整流器對應直流母線電容的電壓由該電壓源型整流器的控制模塊控制。
[0013]進一步，所述位于電機側的多個電機定子繞組端口的連接形式包括下述三種形式之一:多個中性點不連接的三相定子繞組；多個中性點連接的三相定子繞組；兩端同時接出三相定子繞組。
[0014]進一步，所述電壓源型整流器包括電壓源型整流器一和電壓源型整流器二，所述直流母線電容包括直流母線電容一和直流母線電容二，所述電壓源型逆變器包括電壓源型逆變器一和電壓源型逆變器二，其中:
[0015]所述濾波器電容通過交流側電感和交流側電感分別與電壓源型整流器一和電壓源型整流器二相連；
[0016]所述電壓源型整流器一和直流母線電容一相連；
[0017]所述電壓源型整流器二和直流母線電容二相連；
[0018]所述直流母線電容一和電壓源型逆變器一相連，給其供電；
[0019]所述直流母線電容二和電壓源型逆變器二相連，給其供電；
[0020]所述電壓源型逆變器一和電壓源型逆變器二分別與所述雙繞組三相中性點不連接電機的兩套定子繞組端口連接并給其供電。
[0021]進一步，所述電壓源型整流器二的控制模塊所采用控制方法包括以下步驟:
[0022]I)直流母線電容二的電壓控制器產生電壓源型整流器二對應的電壓源型整流器
二有功功率參考值，利用直流母線電容二的鎖相環模塊二根據濾波電容電壓Uea，Uce獲得電容電壓向量相角Q2;
[0023]2)電壓源型整流器二的并網電流參考值模塊根據電壓源型整流器二有功功率參考值<、電壓源型整流器二無功功率參考值€、電容電壓向量相角e 2、濾波電容電壓
UcalUce獲得電壓源型整流器二的輸出電流參考值K// ；
[0024]3)利用a軸重復電流控制器和P軸重復電流控制器分別根據電壓源型整流器二的a軸輸出電流參考值和實際值i2a之間誤差以及P軸輸出電流參考值&和實際值
i20之間誤差，獲得電壓源型整流器二交流側電感的電壓參考
[0025]4)用濾波電容電壓uca，分別減去電壓源型整流器二交流側電感的電壓參考值 ，得到電壓源型整流器二交流輸出電壓參考值《】《.丨^ ；
[0026]5)利用電壓源型整流器二的極坐標轉換模塊根據生成電壓源型整流器二調制因數ma2和相角-1，再利用電壓源型整流器二的脈沖發生模塊根據調制因數ma2和相角奶生成電壓源型整流器二的六路開關脈沖。
[0027]進一步，所述電壓源型整流器一的控制模塊所采用控制方法包括以下步驟:[0028]I)直流母線電容一的電壓控制器一產生電壓源型整流器一對應的電壓源型整流器一有功功率參考值；
[0029]將電壓源型整流器一有功功率參考值i和電壓源型整流器二有功功率參考值4相加，得到電網側總有功功率參考值P* ;
[0030]將電壓源型整流器一無功功率參考值e〖和電壓源型整流器二無功功率參考值€相加，得到電網側總無功功率參考值Q* ；
[0031]利用一鎖相環模塊一根據電網電壓Ua，U0獲得電容電壓向量相角Q1 ;
[0032]2)電壓源型整流器一的電流參考值模塊根據電網側總有功功率參考值P'電網側總無功功率參考值Q'電網電壓向量相角Q1、電網電壓ua，U0獲得電壓源型整流器一的輸
出電流參考值/'K//;
[0033]3)利用所述a軸重復電流控制器和P軸重復電流控制器分別根據電壓源型整流器一的a軸輸出電流參考值4和實際值ila之間誤差以及P軸輸出電流參考值^和實際
值iie之間誤差，獲得電網側電感電壓參考值wK/< ；
[0034]4 )將電網電壓u a，u e分別減去電網側電感電壓參考值，Ihp，得到濾波電容電壓
參考值wCa，5
[0035]再利用a軸電容電壓控制器和P軸電容電壓控制器根據濾波電容電壓參考值
分別和濾波電容電壓實際值uca，Uce之間誤差分別產生電容電流參考值；
[0036]5)電壓源型整流器一 a軸輸出電流參考值i和a軸電容電流參考值相減，再和電壓源型整流器二 a軸輸出電流參考值i2^相減，得到電壓源型整流器一交流側a軸輸出電流參考值匕；
[0037]將電壓源型整流器一 P軸輸出電流參考值I。和P軸電容電流參考值相減，再和電壓源型整流器二 3軸輸出電流參考值相減，得到電壓源型整流器一交流側3軸輸出電流參考值 Hfij- *
[0038]利用電壓源型整流器一的交流輸出電流控制器分別根據電壓源型整流器一(1.6)交流側輸出電流參考值和電壓源型整流器一交流側輸出電流實際值i^，i1B_r之
間誤差，獲得電壓源型整流器一交流側電感電壓參考值;
[0039]6)將濾波電容電壓Uca，Uce分別減去電壓源型整流器一交流側電感電壓參考值K/j，得到電壓源型整流器一交流側輸出電壓參考值ular,u^r ；
[0040]7)利用電壓源型整流器一的極坐標轉換模塊根據生成電壓源型整流器一調制因數ma:和相角《 ’再利用電壓源型整流器一的脈沖發生模塊根據調制因數mal和相角n生成電壓源型整流器一的六路開關脈沖。
[0041]由以上本發明的技術方案可知，本發明的有益效果在于采用具有多端口繞組的電機，并采用獨立的電力電子逆變器對各套繞組進行饋電，當其中某套定子繞組或某臺電力電子逆變器發生故障時，不影響其他繞組正常工作，系統可靠性得到提高。系統在電網側通過多個電力電子整流器對獨立直流母線進行供電，多個整流器在電網側共用LC濾波器，節約了系統成本。本發明提出基于重復控制的級聯控制器和多并網整流器協調控制策略使得系統在各種電網條件下都能正常工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042]圖1為共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統的結構示意圖。
[0043]圖2為雙繞組三相中性點連接電機的原理圖。
[0044]圖3為兩端口三相電機的原理圖。
[0045]圖4為電壓源型整流器二控制方法的原理圖。
[0046]圖5為電壓源型整流器一控制方法的原理圖。
【具體實施方式】
[0047]為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0048]如圖1所示，根據本發明的較優實施例，一種共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統，其特征在于，包括:
[0049]位于電機側的多個電機定子繞組端口，該多個電機定子繞組端口分別由多個獨立的電壓源型逆變器(1.10,1.11)饋電；
[0050]所述電壓源型逆變器(1.10,1.11)分別由獨立的直流母線電容供電(1.8、1.9)；
[0051]所述直流母線電容(1.8、1.9)分別與獨立的電壓源型整流器(1.6、1.7)連接，由相應的電壓源型整流器對其供電；
[0052]所述電壓源型整流器(1.6、1.7)通過各自的交流側電感(1.4、1.5)并聯，并在電網側共用LC濾波器；
[0053]所述LC濾波器包括三相并網電感(1.2)以及與之并聯的三相濾波電容(1.3)，其中:所述三相并網電感(1.2)的另一端與三相電網(1.1)相連接，所述三相濾波電容(1.3)的另一端與各電壓源型整流器的交流側電感(1.4、1.5)并聯連接，通過該交流側電感(1.4,1.5)分別與電壓源型整流器(1.6,1.7)相連；
[0054]所述電壓源型整流器(1.6、1.7 )對應直流母線電容(1.8、1.9 )的電壓由該電壓源型整流器的控制模塊控制。
[0055]本實施例中，所述電壓源型逆變器(1.10,1.11)分別給雙繞組三相中性點不連接電機1.12的兩套定子繞組端口供電，如圖2、圖3所示。
[0056]在另外的實施例中，雙繞組三相中性點不連接電機1.12還可以由雙繞組三相中性點連接電機1.13或兩端口三相電機1.14所取代。
[0057]如圖4所示，所述電壓源型整流器二(1.7)的控制模塊所采用控制方法包括以下步驟:
[0058]I)直流母線電容二的電壓控制器(2.2 )產生電壓源型整流器二( 1.7 )對應的電壓源型整流器二有功功率參考值1|%利用直流母線電容二的鎖相環模塊(2.1) 二根據濾波電容電壓uca，Uce獲得電容電壓向量相角02;
[0059]2)電壓源型整流器二(1.7)的并網電流參考值模塊(2.3)根據電壓源型整流器二有功功率參考值<、電壓源型整流器二無功功率參考值C】、電容電壓向量相角0 2、濾波電
容電壓Uca，Uce獲得電壓源型整流器二(1.7)的輸出電流參考值；
[0060]3)利用a軸重復電流控制器(2.4)和P軸重復電流控制器(2.5)分別根據電壓源型整流器二(1.7)的a軸輸出電流參考值4和實際值i2a之間誤差以及0軸輸出電流
參考值《'〗#和實際值i2e之間誤差，獲得電壓源型整流器二(1.7)交流側電感的電壓參考值
[0061] 4)用濾波電容電壓uca，分別減去電壓源型整流器二(1.7)交流側電感的電壓參考值，得到電壓源型整流器二交流輸出電壓參考值；
[0062]5)利用電壓源型整流器二(1.7)的極坐標轉換模塊(2.6)根據《4?_^^^生成電
壓源型整流器二(1.7)調制因數ma2和相角ft，再利用電壓源型整流器二(1.7)的脈沖發生模塊(2.7)根據調制因數ma2和相角1?生成電壓源型整流器二(1.7)的六路開關脈沖。
[0063]如圖5所示，所述電壓源型整流器一(1.6)的控制模塊所采用控制方法包括以下步驟:
[0064]I)直流母線電容一(1.8 )的電壓控制器一(3.2 )產生電壓源型整流器一(1.6 )對應的電壓源型整流器一有功功率參考值if I
[0065]將電壓源型整流器一(1.6)有功功率參考值P;和電壓源型整流器二(1.7)有功功率參考值豸相加，得到電網側總有功功率參考值P* ;
[0066]將電壓源型整流器一(1.6)無功功率參考值g丨和電壓源型整流器二( 1.7)無功功率參考值@相加，得到電網側總無功功率參考值Q* ;
[0067]利用一鎖相環模塊(3.1)—根據電網電壓ua, U0獲得電容電壓向量相角01;
[0068]2)電壓源型整流器一(1.6)的電流參考值模塊(3.3)根據電網側總有功功率參考值P'電網側總無功功率參考值Q'電網電壓向量相角0 1、電網電壓ua，U0獲得電壓源型整流器一(1.6)的輸出電流參考值C.‘ ；
[0069]3)利用所述a軸重復電流控制器(2.4)和P軸重復電流控制器(2.5)分別根據電壓源型整流器一(1.6)的a軸輸出電流參考值4和實際值ila之間誤差以及P軸輸出
電流參考值，和實際值iie之間誤差，獲得電網側電感電壓參考值‘，^;
[0070]4)將電網電壓ua，U0分別減去電網側電感電壓參考值《4,得到濾波電容電壓參考值
[0071]再利用a軸電容電壓控制器(3.6)和P軸電容電壓控制器(3.7)根據濾波電容電壓參考值分別和濾波電容電壓實際值Uca，u?之間誤差分別產生電容電流參考
估?* ?*
[0072]5)電壓源型整流器一(1.6) a軸輸出電流參考值4和a軸電容電流參考值^?相減，再和電壓源型整流器二(1.7) a軸輸出電流參考值相減，得到電壓源型整流器一
(1.6)交流側a軸輸出電流參考值/Taij；
[0073]將電壓源型整流器一(1.6) P軸輸出電流參考值if#和P軸電容電流參考值相減，再和電壓源型整流器二(1.7) 3軸輸出電流參考值相減，得到電壓源型整流器一
(1.6)交流側0軸輸出電流參考值Z1^l,—;
[0074]利用電壓源型整流器一(1.6)的交流輸出電流控制器(3.8,3.9)分別根據電壓源型整流器一(1.6)交流側輸出電流參考值和電壓源型整流器一(1.6)交流側輸出電流實際值ila)ilf^之間誤差，獲得電壓源型整流器一(1.6)交流側電感電壓參考值
uIa^tiIfi *
[0075]6)將濾波電容電壓uca，分別減去電壓源型整流器一(1.6)交流側電感電壓參考值^4，得到電壓源型整流器一(1- 6)交流側輸出電壓參考值j^ ；
[0076]7)利用電壓源型整流器一(1.6)的極坐標轉換模塊(3.10)根據生成
電壓源型整流器一(1.6)調 制因數mal和相角ft，再利用電壓源型整流器一(1.6)的脈沖發生模塊(3.11)根據調制因數mal和相角_生成電壓源型整流器一(1.6)的六路開關脈沖。
[0077]雖然本發明已以 較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本發明所屬【技術領域】中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
【權利要求】
1.一種共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統，其特征在于，包括: 位于電機側的多個電機定子繞組端口，該多個電機定子繞組端口分別由多個獨立的電壓源型逆變器(1.10,1.11)饋電； 所述電壓源型逆變器(1.10,1.11)分別由獨立的直流母線電容供電(1.8、1.9)； 所述直流母線電容(1.8,1.9)分別與獨立的電壓源型整流器(1.6,1.7)連接，由相應的電壓源型整流器對其供電； 所述電壓源型整流器(1.6,1.7)通過各自的交流側電感(1.4,1.5)并聯，并在電網側共用LC濾波器； 所述LC濾波器包括三相并網電感(1.2)以及與之并聯的三相濾波電容(1.3)，其中:所述三相并網電感(1.2)的另一端與三相電網(1.1)相連接，所述三相濾波電容(1.3)的另一端與各電壓源型整流器的交流側電感(1.4、1.5)并聯連接，通過該交流側電感(1.4、1.5)分別與電壓源型整流器(1.6,1.7)相連； 所述電壓源型整流器(1. 6、1.7)對應直流母線電容(1.8、1.9)的電壓由該電壓源型整流器的控制模塊控制。
2.根據權利要求1所述的共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統，其特征在于，所述位于電機側的多個電機定子繞組端口的連接形式包括下述三種形式之一:多個中性點不連接的三相定子繞組；多個中性點連接的三相定子繞組；兩端同時接出三相定子繞組。
3.根據權利要求1所述的共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統，其特征在于，所述電壓源型整流器包括電壓源型整流器一(1.6)和電壓源型整流器二(1.7)，所述直流母線電容包括直流母線電容一(1.8)和直流母線電容二( 1.9)，所述電壓源型逆變器包括電壓源型逆變器一(1.10)和電壓源型逆變器二(1.11)，其中: 所述濾波器電容(1.3)通過交流側電感(1.4)和交流側電感(1.5)分別與電壓源型整流器一(1.6)和電壓源型整流器二( 1.7)相連； 所述電壓源型整流器一(1.6)和直流母線電容一(1.8)相連； 所述電壓源型整流器二(1.7)和直流母線電容二( 1.9)相連； 所述直流母線電容一(1.8)和電壓源型逆變器一(1.10)相連，給其供電； 所述直流母線電容二( 1.9和電壓源型逆變器二( 1.11)相連，給其供電； 所述電壓源型逆變器一(1.10)和電壓源型逆變器二(1.11)分別與所述雙繞組三相中性點不連接電機(1.12)的兩套定子繞組端口連接并給其供電。
4.根據權利要求1所述的共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統，其特征在于，所述電壓源型整流器二(1.7)的控制模塊所采用控制方法包括以下步驟: 1)直流母線電容二的電壓控制器(2.2 )產生電壓源型整流器二( 1.7 )對應的電壓源型整流器二有功功率參考值4，利用直流母線電容二的鎖相環模塊(2.1) 二根據濾波電容電壓uCa，Uce獲得電容電壓向量相角02; 2)電壓源型整流器二(1.7)的并網電流參考值模塊(2.3)根據電壓源型整流器二有功功率參考值if、電壓源型整流器二無功功率參考值€、電容電壓向量相角Q2、濾波電容電壓Uca，Uce獲得電壓源型整流器二(1.7)的輸出電流參考值,K/I ;3)利用a軸重復電流控制器(2.4)和P軸重復電流控制器(2.5)分別根據電壓源型整流器二(1.7)的a軸輸出電流參考值4和實際值i2a之間誤差以及0軸輸出電流參考值‘和實際值i2e之間誤差，獲得電壓源型整流器二(1.7)交流側電感的電壓參考值 4)用濾波電容電壓uca，u?分別減去電壓源型整流器二(1.7)交流側電感的電壓參考值*4.4//，得到電壓源型整流器二交流輸出電壓參考值匕.，‘^ ； 5)利用電壓源型整流器二(1.7)的極坐標轉換模塊(2.6)根據生成電壓源型整流器二( 1.7)調制因數ma2和相角％，再利用電壓源型整流器二(1.7)的脈沖發生模塊(2.7)根據調制因數ma2和相角》生成電壓源型整流器二(1.7)的六路開關脈沖。
5.根據權利要求1所述的共用LC并網濾波器的多定子繞組端口電機系統，其特征在于，所述電壓源型整流器一(1.6)的控制模塊所采用控制方法包括以下步驟:1)直流母線電容一(1.8)的電壓控制器一(3.2)產生電壓源型整流器一(1.6)對應的電壓源型整流器一有功功率參考值? 將電壓源型整流器一(1.6)有功功率參考值豸和電壓源型整流器二(1.7)有功功率參考值<相加，得到電網側總有功功率參考值P* ; 將電壓源型整流器一(1.6 )無功功率參考值Q:和電壓源型整流器二( 1.7 )無功功率參考值6;相加，得到電網側總無功功率參考值Q* ; 利用一鎖相環模塊(3.1)—根據電網電壓^，U0獲得電容電壓向量相角S1 ; 2)電壓源型整流器一(1.6)的電流參考值模塊(3.3)根據電網側總有功功率參考值P'電網側總無功功率參考值Q'電網電壓向量相角Q1、電網電壓ua，U0獲得電壓源型整流器一(1.6)的輸出電流參考值C.4,1 3)利用所述a軸重復電流控制器(2.4)和P軸重復電流控制器(2.5)分別根據電壓源型整流器一(1.6)的a軸輸出電流參考值4和實際值ila之間誤差以及P軸輸出電流參考值^和實際值iie之間誤差，獲得電網側電感電壓參考值*4.4)將電網電壓ua，U0分別減去電網側電感電壓參考值心得到濾波電容電壓參考值 I!:, 再利用a軸電容電壓控制器(3.6)和P軸電容電壓控制器(3.7)根據濾波電容電壓參考值分別和濾波電容電壓實際值uca，之間誤差分別產生電容電流參考值iCa^iCfJ ; 5)電壓源型整流器一(1.6)a軸輸出電流參考值和a軸電容電流參考值相減，再和電壓源型整流器二(1.7) a軸輸出電流參考值iil相減，得到電壓源型整流器一(1.6)交流側a軸輸出電流參考值Qr將電壓源型整流器一(1.6) P軸輸出電流參考值/&和P軸電容電流參考值相減，再和電壓源型整流器二(1.7) ^軸輸出電流參考值相減，得到電壓源型整流器一(1.6)交流側^軸輸出電流參考值利用電壓源型整流器一(1.6)的交流輸出電流控制器(3.8,3.9)分別根據電壓源型整流器一(1.6)交流側輸出電流參考值和電壓源型整流器一(1.6)交流側輸出電流實際值ila丨ilf^之間誤差，獲得電壓源型整流器一(1.6)交流側電感電壓參考值|4,‘； .6)將濾波電容電壓uca，u?分別減去電壓源型整流器一(1.6)交流側電感電壓參考值^Xa ，得到電壓源型整流器一(1.6)交流側輸出電壓參考值;.7 )利用電壓源型整流器一(1.6)的極坐標轉換模塊(3.10)根據生成電壓源型整流器一(1.6)調制因數mal和相角約，再利用電壓源型整流器一(1.6)的脈沖發生模塊(3.11)根據調制因數mal和相角興生成電壓源型整流器一(1.6)的六路開關脈沖。
【文檔編號】H02M5/458GK103532477SQ201310513771
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】王政 申請人:東南大學