本發(fā)明涉及能源轉(zhuǎn)換，尤其涉及一種基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、新能源作為一類關(guān)鍵的可再生能源，具備資源充裕、分布廣泛以及能流密度大等特性。以波浪能發(fā)電裝置為例，其需在嚴(yán)苛的海洋環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。在波浪能的利用中，轉(zhuǎn)換效率與成本是制約其大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵要素。故而，輕型化、易于控制且高效集成的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置已成為重要的發(fā)展趨向。

2、目前，傳統(tǒng)單一整流器驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)同步發(fā)電機(jī)的控制方式，是把兩臺(tái)同步發(fā)電機(jī)直接接入整流器。但兩臺(tái)同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)會(huì)面臨諸多問題，各發(fā)電機(jī)在電壓、頻率、相序等輸出特性方面常存在差異，這會(huì)致使電能轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生紋波現(xiàn)象，紋波會(huì)干擾電能穩(wěn)定傳輸與使用，降低電能質(zhì)量，影響用電設(shè)備正常運(yùn)行并增加設(shè)備損耗，這在對(duì)電能質(zhì)量要求較高的現(xiàn)代工業(yè)及電力應(yīng)用場(chǎng)景中是亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置及方法，解決了如何提高新能源發(fā)電的轉(zhuǎn)換電能質(zhì)量的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明第一方面提供的一種轉(zhuǎn)換裝置，包括：

3、包括相互通信連接的電能轉(zhuǎn)換模塊和發(fā)電機(jī)主控模塊；

4、所述電能轉(zhuǎn)換模塊包括兩個(gè)同步發(fā)電機(jī)、雙繞組變壓器和兩個(gè)整流器；

5、所述同步發(fā)電機(jī)用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成交流電能；

6、所述雙繞組變壓器用于對(duì)交流電能進(jìn)行電壓變換，并提供高次諧波電流通道和漏感濾波能力；

7、所述整流器用于對(duì)電壓變換后的交流電能進(jìn)行整流操作，生成直流電能；

8、所述發(fā)電機(jī)主控模塊用于采用整流操作后的整流電流分量進(jìn)行電機(jī)閉環(huán)控制，根據(jù)生成的電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)兩個(gè)所述同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)控。

9、可選地，所述調(diào)控具體為對(duì)兩個(gè)所述同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行同速反向且等轉(zhuǎn)矩調(diào)控。

10、可選地，所述雙繞組變壓器為dy型雙繞組變壓器；

11、兩個(gè)所述同步發(fā)電機(jī)分別連接所述雙繞組變壓器的一次繞組和二次繞組；

12、兩個(gè)所述整流器分別連接所述雙繞組變壓器的一次繞組和二次繞組；

13、兩個(gè)所述整流器之間串聯(lián)；

14、兩個(gè)所述整流器與所述雙繞組變壓器之間設(shè)置有耦合電感，所述耦合電感用于濾除所述整流器的高次諧波。

15、可選地，兩個(gè)所述同步發(fā)電機(jī)和兩個(gè)所述整流器均與所述發(fā)電機(jī)主控模塊通信連接；

16、所述發(fā)電機(jī)主控模塊包括轉(zhuǎn)速子模塊和位置角子模塊；

17、所述電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)子位置角數(shù)據(jù)；

18、所述轉(zhuǎn)速子模塊用于根據(jù)所述整流電流分量生成用于調(diào)控所述同步發(fā)電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的所述電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)；

19、所述位置角子模塊用于生成用于調(diào)控所述同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的所述轉(zhuǎn)子位置角數(shù)據(jù)。

20、可選地，所述轉(zhuǎn)速子模塊包括相互通信連接的互逆運(yùn)算單元和轉(zhuǎn)速計(jì)算單元；

21、所述互逆運(yùn)算單元用于獲取的電流過零周期時(shí)差，并基于所述電流過零周期時(shí)差進(jìn)行互逆運(yùn)算，生成鎖頻轉(zhuǎn)速分量；

22、所述轉(zhuǎn)速計(jì)算單元用于根據(jù)所述鎖頻轉(zhuǎn)速分量，結(jié)合所述整流電流分量和預(yù)設(shè)參考轉(zhuǎn)速分量，處理得到所述電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。

23、可選地，所述位置角子模塊包括積分運(yùn)算單元；

24、所述積分運(yùn)算單元用于對(duì)所述鎖頻轉(zhuǎn)速分量進(jìn)行積分運(yùn)算，生成所述轉(zhuǎn)子位置角數(shù)據(jù)。

25、可選地，所述轉(zhuǎn)速計(jì)算單元包括依次通信連接的轉(zhuǎn)速差值計(jì)算子單元、轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)子單元、電流差值計(jì)算子單元、電流反饋調(diào)節(jié)子單元、目標(biāo)電流計(jì)算子單元和電機(jī)轉(zhuǎn)速生成子模塊；

26、所述轉(zhuǎn)速差值計(jì)算子單元用于通過計(jì)算所述預(yù)設(shè)參考轉(zhuǎn)速分量與所述鎖頻轉(zhuǎn)速分量之間的差值，生成誤差轉(zhuǎn)速；

27、所述轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)子單元用于基于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速外環(huán)傳遞函數(shù)，采用所述誤差轉(zhuǎn)速輸入預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，生成參考電流分量；

28、所述電流差值計(jì)算子單元用于通過計(jì)算所述參考電流分量與所述整流電流分量之間的差值，生成誤差電流；

29、所述電流反饋調(diào)節(jié)子單元用于基于預(yù)設(shè)電流內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)，采用所述誤差電流輸入預(yù)設(shè)電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，生成占空比參數(shù)；

30、所述目標(biāo)電流計(jì)算子單元用于通過計(jì)算所述占空比參數(shù)與預(yù)設(shè)第一傳遞函數(shù)之間的乘積，生成目標(biāo)電流數(shù)據(jù)；

31、所述電機(jī)轉(zhuǎn)速生成子模塊用于通過計(jì)算所述目標(biāo)電流數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)第二傳遞函數(shù)之間的乘積，生成所述電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。

32、可選地，所述發(fā)電機(jī)主控模塊還包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成子模塊；

33、所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成子模塊用于對(duì)所述電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制操作，生成用于控制所述整流器啟動(dòng)或停止電能轉(zhuǎn)換的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

34、可選地，所述整流器為二極管不控整流器。

35、本發(fā)明第二方面提供的一種應(yīng)用于所述的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換方法，包括：

36、對(duì)接收到整流操作后的整流電流分量進(jìn)行整流操作，生成的電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)；

37、根據(jù)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)電能轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行同速反向且等轉(zhuǎn)矩調(diào)控，并進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換。

38、從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

39、本發(fā)明提出了一種基于雙繞組變壓器的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置，采用發(fā)電機(jī)主控模塊對(duì)整流操作后的整流電流分量進(jìn)行電機(jī)閉環(huán)控制，生成用于控制兩臺(tái)同步發(fā)電機(jī)的電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以解決單一驅(qū)動(dòng)電路難以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)或多臺(tái)同步發(fā)電機(jī)的問題；同時(shí)，本發(fā)明的同步發(fā)電機(jī)是通過機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，當(dāng)將整流器與包含機(jī)械傳動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)集成時(shí)，如果忽略機(jī)械傳動(dòng)的可調(diào)整性，可能會(huì)導(dǎo)致電氣和機(jī)械部分難以匹配，本發(fā)明將獲取的電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)兩個(gè)同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)控，具體地通過調(diào)整同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，解決整流運(yùn)行忽略機(jī)械傳動(dòng)的可調(diào)整性問題，在電機(jī)側(cè)引入低頻交流變壓器為諧波提供通道，提高電機(jī)電流質(zhì)量，避免二極管的諧波電流串入同步發(fā)電機(jī)中。在直流側(cè)，兩臺(tái)不控整流器串聯(lián)，直流紋波相互抵消，可提供較高質(zhì)量的整流電壓，從而獲取高質(zhì)量的電能。

技術(shù)特征：

1.一種基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括相互通信連接的電能轉(zhuǎn)換模塊和發(fā)電機(jī)主控模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述調(diào)控具體為對(duì)兩個(gè)所述同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行同速反向且等轉(zhuǎn)矩調(diào)控。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述雙繞組變壓器為dy型雙繞組變壓器；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，兩個(gè)所述同步發(fā)電機(jī)和兩個(gè)所述整流器均與所述發(fā)電機(jī)主控模塊通信連接；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速子模塊包括相互通信連接的互逆運(yùn)算單元和轉(zhuǎn)速計(jì)算單元；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述位置角子模塊包括積分運(yùn)算單元；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速計(jì)算單元包括依次通信連接的轉(zhuǎn)速差值計(jì)算子單元、轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)子單元、電流差值計(jì)算子單元、電流反饋調(diào)節(jié)子單元、目標(biāo)電流計(jì)算子單元和電機(jī)轉(zhuǎn)速生成子模塊；

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)主控模塊還包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成子模塊；

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述整流器為二極管不控整流器。

10.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及能源轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于直流串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多波浪能轉(zhuǎn)換裝置及方法，采用發(fā)電機(jī)主控模塊對(duì)整流操作后的整流電流分量進(jìn)行電機(jī)閉環(huán)控制，生成用于控制兩臺(tái)同步發(fā)電機(jī)的電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以解決單一驅(qū)動(dòng)電路難以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)或多臺(tái)同步發(fā)電機(jī)的問題；同時(shí)，本發(fā)明的同步發(fā)電機(jī)是通過機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，當(dāng)將整流器與包含機(jī)械傳動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)集成時(shí)，本發(fā)明將獲取的電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)兩個(gè)同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)控，解決整流運(yùn)行忽略機(jī)械傳動(dòng)的可調(diào)整性問題。在直流側(cè)，兩臺(tái)不控整流器串聯(lián)，直流紋波相互抵消，可提供較高質(zhì)量的整流電壓，從而獲取高質(zhì)量的電能。

技術(shù)研發(fā)人員：王紅星,韋勝華,宋景慧,高雅,徐琪,楊毅,陶濤,陳文,梁崇淦,區(qū)文俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28