船用轴带双馈发电机系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶电力技术。
【背景技术】
[0002]70年代以来，由于中东发生石油危机，一些学者提出用船舶主机轴驱动发电机发电代替传统单独柴油发电机来发电。船舶轴带发电机及发电系统就是在这样的背景下逐渐发展起来的。之前轴带发电系统属于无频率补偿发电系统，十九世纪八十年代，日本Kawasaki公司研制了滚装式船用轴带发电系统，这种发电机系统受到海上风浪情况影响严重，主机转速变化将很大程度上影响电网频率，严重时几乎不能运作，必要时只能通过传统备用发电机供电。后期出现机械控制的频率补偿型轴带发电机比无补偿轴带发电机更进一步，在主机转速发生变化时，可以通过补偿装置使转速保持在一定值。但是这种系统在主机速度和额定转速相差过大时，装置容量将受限。80年代后期以来，大功率全控器件IGBT的出现和PWM技术的成熟，PWM整流器和逆变器被应用到船舶发电中去，给发电效果带来了很大程度改进。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于提供一种船用轴带双馈发电机系统，其将双馈发电技术应用到了船舶轴带电机系统中。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:
一种船用轴带双馈发电机系统，包括螺旋桨、轴带双馈电机、转速传感器、采样电路、双馈变流器以及控制器；螺旋桨与轴带双馈电机的转子连接，轴带双馈电机的定子与船舶电网相连；双馈变流器包括与轴带双馈电机的转子的三相励磁绕组相连的机侧变流器、用于与船舶电网相连的网侧变流器以及直流母线电容，机侧变流器与网侧变流器通过两根直流母线相连，直流母线电容跨接在两根直流母线之间；转速传感器用于检测轴带双馈电机的转子转速，采样电路用于检测直流母线电容的电压以及轴带双馈电机的定子电压、定子电流和转子电流；转速传感器的输出端和采样电路的输出端与控制器的输入端连接，控制器的第一控制输出端与机侧变流器的控制输入端连接，控制器的第二控制输出端与网侧变流器的控制输入端连接。
[0005]采样上述技术方案后，可以实现双馈电机的电压调节功能，实现功率的双向流动。本发明按照船舶发电控制标准设计，可广泛应用于船舶电站中。
【附图说明】
[0006]图1示出了根据本发明一实施例的船用轴带双馈发电机系统的原理图。
【具体实施方式】
[0007]下面结合附图和具体实施例对发明进行详细说明。
[0008]请参阅图1。根据本发明一种船用轴带双馈发电机系统，包括螺旋桨1、轴带双馈电机2、转速传感器3、采样电路4、双馈变流器以及控制器6。
[0009]螺旋桨1与轴带双馈电机2的转子连接，用于带动转子转动；轴带双馈电机2的定子与船舶电网10相连。
[0010]双馈变流器包括与轴带双馈电机的转子的三相励磁绕组相连的机侧变流器51、用于与船舶电网10相连的网侧变流器52以及直流母线电容53，机侧变流器51与网侧变流器52通过两根直流母线54相连，直流母线电容53跨接在两根直流母线54之间。直流母线电容53具有滤波的作用，能够避免轴带双馈电机2对船舶电网造成干扰。
[0011]转速传感器3用于检测轴带双馈电机的转子转速，采样电路4用于检测直流母线电容53的电压以及轴带双馈电机的定子电压、定子电流和转子电流。转速传感器3的输出端和采样电路4的输出端与控制器6的输入端连接，控制器6的第一控制输出端与机侧变流器51的控制输入端连接，控制器6的第二控制输出端与网侧变流器52的控制输入端连接。本实施例中，转速传感器3可采用光电编码器，控制器6可采用DSP芯片，型号为TI公司的 TMS302 F28335。
[0012]船用轴带双馈发电机系统还包括一 UPS电源7，UPS电源7跨接在两根直流母线之间。该UPS电源可作为备用电源使用，当系统故障或电机转速不够时可以控制此电源上电给电机提供控制电源，从而提高了整个系统的运行可靠性。
[0013]当船舶主柴油机驱动螺旋桨1转动时，将一部分机械能也传递到了轴带双馈电机2的转子上，使其在螺旋桨1转动同时随着一起转动。在轴带双馈电机2工作时，轴带双馈电机2的定子所输出的交流电的角频率ω s等于轴带双馈电机2的转子的电流频率ω si与转子的机械速运行角频率ωΓ之和，gp ωΓ+ω81 =ω8ο ω si又称为转差频率，是由控制器6提供给电机的转子侧；ω s又称为同步角频率，由于船舶电网中所使用的是频率f为50Hz的工频交流电，而ω s=2 π f，因此ω s是一个确定值。控制器6可以基于转速传感器3的检测信号获得转子的机械转速nr以及机械速运行角频率ωΓ，同时，基于采集到的定子电压和定子电流，可以获得轴带双馈电机2的定子的旋转磁场的转速η。
[0014]当nr < η时，轴带双馈电机2处于亚同步发电状态，控制器6控制机侧变流器51工作于逆变状态，直流母线电容53放电，导致直流母线电压稍稍下降。为了保持直流母线电压恒定，控制器6同时控制网侧变流器52工作在整流状态。当nr > η时，轴带双馈电机2处于超同步运行状态，轴带双馈电机2的转子侧需要向直流母线放电，控制器6控制机侧变流器51转换为整流状态，此时直流母线电容53的电压会有稍稍上升的趋势。为了限制直流母线电压上升，控制器6同时控制网侧变流器52转换为逆变状态，以使网侧变流器52将直流母线上的电能回馈给船舶电网10。
[0015]控制器6对机侧变流器51与网侧变流器52的控制方式有多种，以实现电能的恒频控制，本申请对此不做限制。
[0016]在本实施例中，控制器6通过定子磁场定向矢量控制方式控制机侧变流器51，通过电网电压定向矢量控制方式控制网侧变流器52。
[0017]其中，控制器6将转子转速nr作为输入信号，参考电机定子的旋转磁场转速输出交轴参考电流信号，给定直轴电流参考值为零，将交、直轴电流参考信号分别与经Clark变换和Park变换后得到的dq坐标系下转子侧交、直轴电流检测信号相比较，作为两个电流控制模块的输入信号参与运算，将其输出信号与电流前馈解耦分量进行加减运算，输出的交、直轴参考电压信号与转速传感器得到的电机转速接至矢量变换模块，输出α β坐标系下两相电压，最后将上述电压信号与直流母线电容的电压检测值作为控制器6的控制变量。
[0018]控制器6根据实时采样到的轴带双馈电机2的定子线电压，采用数字锁相环法实时计算出定子三相电压空间合成矢量，进而根据双馈电机稳态运行时磁链矢量与电压矢量之间的函数关系确定磁链矢量，并将同步旋转坐标直轴定位在磁链矢量轴上。控制器6将直流母线电容的电压给定值与其电压检测值作为其输入信号，输出直轴参考电流，给定交轴参考电流值为零，将交、直轴电流参考信号分别与经clark变换和Park变换后得到的dq坐标系下网侧交、直轴电流检测信号相比较，作为两个电流控制模块的输入信号参与运算，将输出信号与电流前馈解耦分量、电压补偿分量进行加减运算，输出的交、直轴参考电压信号与转速传感器得到的电机转子信号作为矢量变换模块的输入信号，输出α β坐标系下电压信号与直流母线电容的电压检测值作为控制器6的控制变量。
【主权项】
1.一种船用轴带双馈发电机系统，其特征在于，包括螺旋桨、轴带双馈电机、转速传感器、采样电路、双馈变流器以及控制器； 所述螺旋桨与所述轴带双馈电机的转子连接；所述轴带双馈电机的定子与船舶电网相连； 所述双馈变流器包括与所述轴带双馈电机的转子的三相励磁绕组相连的机侧变流器、用于与所述船舶电网相连的网侧变流器以及直流母线电容，所述机侧变流器与所述网侧变流器通过两根直流母线相连，所述直流母线电容跨接在两根直流母线之间； 所述转速传感器用于检测所述轴带双馈电机的转子转速，所述采样电路用于检测所述直流母线电容的电压以及所述轴带双馈电机的定子电压、定子电流和转子电流；所述转速传感器的输出端和所述采样电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器的第一控制输出端与所述机侧变流器的控制输入端连接，所述控制器的第二控制输出端与所述网侧变流器的控制输入端连接。2.根据权利要求1所述的船用轴带双馈发电机系统，其特征在于，所述船用轴带双馈发电机系统还包括一 UPS电源，所述UPS电源跨接在所述两根直流母线之间。3.根据权利要求1所述的船用轴带双馈发电机系统，其特征在于，所述控制器通过定子磁场定向矢量控制方式控制机侧变流器； 所述控制器通过电网电压定向矢量控制方式控制网侧变流器。4.根据权利要求1所述的船用轴带双馈发电机系统，其特征在于，所述的转速传感器为光电编码器。5.根据权利要求1所述的船用轴带双馈发电机系统，其特征在于，所述的控制器为DSP芯片。
【专利摘要】本发明公开了船用轴带双馈发电机系统，包括螺旋桨、轴带双馈电机、转速传感器、采样电路、双馈变流器及控制器。螺旋桨与轴带双馈电机的转子连接，轴带双馈电机的定子与船舶电网相连。双馈变流器包括与轴带双馈电机的转子的三相励磁绕组相连的机侧变流器、与船舶电网相连的网侧变流器及直流母线电容，机侧变流器与网侧变流器通过两根直流母线相连，直流母线电容跨接在两根直流母线之间。转速传感器和采样电路的输出端与控制器的输入端连接。控制器的第一控制输出端与机侧变流器的控制输入端连接，第二控制输出端与网侧变流器的控制输入端连接。本发明将双馈发电技术应用到船舶轴带电机系统中，实现了功率的双向流动。
【IPC分类】H02P21/12
【公开号】CN105406785
【申请号】CN201511011706
【发明人】郭宏, 黄鹤, 马善伟, 刘赟, 代玉涛
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一一研究所
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月30日