潘子昊， 王思齊, 蔣志鵬, 張喆軒, 卜飛飛

(南京航空航天大學(xué)，江蘇 南京 211106)

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·電力電子技術(shù)·

五相雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

潘子昊， 王思齊, 蔣志鵬, 張喆軒, 卜飛飛

(南京航空航天大學(xué)，江蘇 南京 211106)

本文研究了一種五相雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為籠型，其定子上有兩套五相繞組：一套是控制繞組，接有勵(lì)磁變換器；另一套是功率繞組，經(jīng)整流輸出直流電能。勵(lì)磁變換器由以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊為基礎(chǔ)的主電路、驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)學(xué)信號(hào)處理電路、采樣調(diào)理電路、保護(hù)電路等部分組成。勵(lì)磁控制器向發(fā)電機(jī)提供所需的可變勵(lì)磁無(wú)功，控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的控制。

雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)；五相；勵(lì)磁控制；硬件設(shè)計(jì)

0 引言

風(fēng)能分布廣泛，是一種儲(chǔ)量豐富、清潔的可再生能源，開(kāi)發(fā)風(fēng)能對(duì)改善能源結(jié)構(gòu)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。為促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，世界各國(guó)政府都出臺(tái)了相應(yīng)的優(yōu)惠政策[1]。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是緩解我國(guó)電力資源緊張的有效途徑之一[2]。由于風(fēng)所攜帶的能量與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)速的變化會(huì)引起風(fēng)能的較大變化[3,4]，故對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的要求有：轉(zhuǎn)速變化范圍大；整流后輸出直流電壓；無(wú)刷化，帶有開(kāi)關(guān)功率元件的變換器的容量小，以降低造價(jià)、減小體積及重量，規(guī)避大功率變換器設(shè)計(jì)的難題[5]。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)[6]和籠型感應(yīng)發(fā)電動(dòng)機(jī)能適應(yīng)這樣的需求。

籠型感應(yīng)電機(jī)因其簡(jiǎn)單堅(jiān)固、可靠性高、制造技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位[7]。在普通單繞組籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)構(gòu)成的直流發(fā)電系統(tǒng)中，常采用籠型感應(yīng)電機(jī)、電力電子變換器和負(fù)載三者并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[8]。在這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，負(fù)載與電力電子變換器直接連接，發(fā)電機(jī)輸出的電能會(huì)受到電力電子變換器高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)的影響導(dǎo)致供電品質(zhì)下降，從而限制了普通單繞組籠型感應(yīng)電機(jī)在直流發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[9]。

1998年美國(guó)田納西理工大學(xué)的專(zhuān)家首次提出了雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既繼承普通單繞組籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其不足，引起廣泛關(guān)注[10,11]。2003年至2009年海軍工程大學(xué)的馬偉明院士及其研究團(tuán)隊(duì)以艦船電源為應(yīng)用背景對(duì)雙繞組感應(yīng)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了卓有成效的研究[12-14]。2004年以來(lái)南京航空航天大學(xué)的研究人員對(duì)采用雙繞組感應(yīng)電機(jī)的寬風(fēng)速運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了一系列的研究[15-18]。為進(jìn)一步提高雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的性能和功率密度，南京航空航天大學(xué)的研究人員將雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)和多相感應(yīng)電機(jī)相結(jié)合，提出了一種雙繞組五相感應(yīng)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，并對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)、高性能控制進(jìn)行了初步的探索[19]。眾所周知，多相電機(jī)具有高可靠性和高功率密度的優(yōu)點(diǎn)，尤其是與非正弦勵(lì)磁技術(shù)相結(jié)合，可以充分利用鐵心。本文以風(fēng)力發(fā)電為背景，研究了一種五相雙繞組感應(yīng)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法，該發(fā)電機(jī)系統(tǒng)具有高動(dòng)靜態(tài)性能和良好的供電品質(zhì)，開(kāi)發(fā)了一臺(tái)5 kW實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)該勵(lì)磁控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行了檢測(cè)。

1 五相雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)介紹

該感應(yīng)發(fā)電機(jī)采用籠型轉(zhuǎn)子，定子上有兩套五相繞組：一套是五相整距集中控制繞組，接有五相勵(lì)磁變換器以調(diào)節(jié)勵(lì)磁無(wú)功，保證負(fù)載變化時(shí)輸出電壓穩(wěn)定；另一套為五相整距集中功率繞組，接有五相不控整流橋，輸出直流電能。該發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 五相雙繞組感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Schematic diagram of five phase double winding induction motor

雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于控制繞組和功率繞組之間僅通過(guò)電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)耦合，在電氣上沒(méi)有直接的連接,兩套繞組將有功和無(wú)功分開(kāi)，工作相對(duì)獨(dú)立，克服了單繞組發(fā)電機(jī)輸出電能受到開(kāi)關(guān)信號(hào)影響而下降的缺點(diǎn)，供電品質(zhì)顯著提高。另外，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的相數(shù)由三相擴(kuò)大到五相后，可以通過(guò)非正弦勵(lì)磁和容錯(cuò)控制進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)的功率密度和可靠性。

2 勵(lì)磁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

勵(lì)磁控制器為發(fā)電機(jī)提供不同工作狀態(tài)下所需的勵(lì)磁無(wú)功。而要實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁的控制，就需要知道發(fā)電系統(tǒng)中的狀態(tài)信息，比如相電流、母線電壓等。為此，設(shè)計(jì)一套完成勵(lì)磁控制器軟件和硬件，包括以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)為基礎(chǔ)的五相橋主電路、采樣調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)電路、故障保護(hù)電路、控制電路等部分。該勵(lì)磁控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 勵(lì)磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Schematic diagram of excitation control system

2.1 五相IGBT橋

五相IGBT橋中的每個(gè)橋臂都可以工作在導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)。在合適的控制策略下，通過(guò)控制這兩種工作狀態(tài)的快速切換可以改變控制繞組中的勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制。該系統(tǒng)包含2個(gè)型號(hào)為PM100PLA060的三相IGBT智能功率模塊(IPM)，另有輔助勵(lì)磁電容，輔助電源等。該部分結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 IGBT模塊結(jié)構(gòu)Fig.3 Schematic diagram of IGBT modular structure

由于電機(jī)采用五相繞組，故在硬件設(shè)計(jì)中采用了2個(gè)三相模塊相結(jié)合的方式，利用其中的五相連接控制側(cè)繞組，剩余一相作為備用，一方面是為了故障運(yùn)行做準(zhǔn)備，提高系統(tǒng)容錯(cuò)能力，另一方面也是因?yàn)槿郔GBT模塊應(yīng)用較為廣泛，技術(shù)也比較成熟。

2.2 采樣調(diào)理電路

該控制系統(tǒng)采用反饋控制的方式，故需要檢測(cè)母線電壓、母線電流、四相電流(五相電流對(duì)稱(chēng)，檢測(cè)四相即可)，通過(guò)這些物理量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋控制。其中采樣調(diào)理電路如圖4所示。

圖4 采樣調(diào)理電路Fig.4 Sampling conditioning circuit

為了提高采樣的精確度，該系統(tǒng)采用霍爾元件進(jìn)行采樣。調(diào)理電路將霍爾元件的副邊電壓轉(zhuǎn)化到數(shù)字信號(hào)處理器所能處理的電壓信號(hào)。

母線電壓采樣使用VSM025A的電壓霍爾,該型號(hào)原邊輸入電流約10 mA，母線電壓為270 V，故采用30 kΩ標(biāo)稱(chēng)電阻。相電流采用CSM100LT電流霍爾采樣,其最大副邊電流為50 mA，相電流采樣電路中R1取標(biāo)稱(chēng)值82,通過(guò)R1將副邊電流信號(hào)變成5 V以下的電壓信號(hào)。VSM025A的最大副邊電流為25 mA,則母線電壓采樣電路中R1取200 Ω。

霍爾傳感器的副邊電流信號(hào)iin通過(guò)采樣電阻R1轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)uin，通過(guò)由TL084構(gòu)成的電壓跟隨器輸送至A/D調(diào)理電路。由于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的A/D輸入端只能接受0到3 V的電壓信號(hào)，因此傳感器輸出的交流信號(hào)需經(jīng)過(guò)電平抬升。通過(guò)MC33172構(gòu)成的運(yùn)放電路，取參考電壓uref=5 V,則送入DSP的A/D輸入端的電壓信號(hào)uo為:

(1)

R6與C1組成低通濾波電路用于消除高于采樣頻率的高頻噪聲，提高采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度。其他電阻的阻值根據(jù)式(1)計(jì)算得到。

2.3 驅(qū)動(dòng)電路

控制信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路的放大才能實(shí)現(xiàn)控制IGBT模塊工作狀態(tài)的功能。該電路由HCPL4504光電耦合器、2N3904三極管和相關(guān)電阻電容等組成，實(shí)現(xiàn)了脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)弱電信號(hào)與IGBT功率電路的電氣隔離，以保證DSP控制系統(tǒng)的安全性。該驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。

圖5 IPM驅(qū)動(dòng)電路Fig.5 IPM drive circuit

當(dāng)輸入PWM端為高電平時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，光電耦合器初級(jí)截止，次級(jí)輸出15 V加到IGBT門(mén)極，IGBT導(dǎo)通；當(dāng)PWM端為低電平時(shí)，三極管Q1關(guān)斷，光電耦合器初級(jí)導(dǎo)通，次級(jí)輸出0 V，IGBT截止。其中Fo是IPM故障保護(hù)信號(hào)。

2.4 故障保護(hù)電路

為保證勵(lì)磁變換器及整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)可靠工作，勵(lì)磁控制系統(tǒng)中需要設(shè)計(jì)故障保護(hù)電路，以免過(guò)大的電流或電壓損壞試驗(yàn)平臺(tái)。該系統(tǒng)的故障保護(hù)電路如圖6所示。

圖6 故障保護(hù)電路Fig.6 Protection circuit

保護(hù)電路由絕對(duì)值電路和比較電路構(gòu)成，電壓跟隨器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)由TL084運(yùn)算放大器和2個(gè)1N4148二極管構(gòu)成的絕對(duì)值電路進(jìn)行整流，整流后的電壓信號(hào)送入LM293構(gòu)成的比較器，通過(guò)比較采樣電壓或者電流轉(zhuǎn)化得到的信號(hào)電平與閾值電壓比較來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓和過(guò)流信號(hào)檢測(cè)。檢測(cè)后得到的故障保護(hù)信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合器PC817產(chǎn)生作用。光電耦合器件使得信號(hào)電流和功率電流之間沒(méi)有直接的電氣連接，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。R5與C1構(gòu)成低通濾波器，用于消除高頻信號(hào)干擾。

2.5 突加/突卸負(fù)載控制電路

為探究該勵(lì)磁控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)驗(yàn)中有突加/突卸負(fù)載的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試。由于實(shí)驗(yàn)所用發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓較高(270 V)，若采用機(jī)械開(kāi)關(guān)進(jìn)行負(fù)載的硬切換，在開(kāi)關(guān)閉合或?qū)ㄋ查g可能產(chǎn)生較大電流甚至電火花，存在安全隱患，故設(shè)計(jì)了突加/突卸負(fù)載的軟開(kāi)關(guān)，結(jié)構(gòu)如圖7所示。該部分電路也用到了IGBT模塊,工作方式與五相IGBT橋類(lèi)似。

圖7 加卸負(fù)載控制電路Fig.7 Load/offload control circuit

3 實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證該勵(lì)磁控制器硬件系統(tǒng)的可行性與可靠性，在搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)際電路如圖8所示。

圖8 勵(lì)磁變換器實(shí)物Fig.8 Physical map of excitation converter

雙五相繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，額定功率為5 kW，極對(duì)數(shù)為2，功率繞組與控制繞組的匝數(shù)比為2∶1，控制繞組電阻為0.19 Ω，功率繞組電阻為0.45 Ω，激磁電感為10.05 mH，直流母線電壓為270 V。該發(fā)電系統(tǒng)采用控制繞組磁鏈定向的控制策略：功率側(cè)整流輸出電壓和控制側(cè)直流母線電壓分別與各自參考電壓進(jìn)行比較，其誤差信號(hào)經(jīng)調(diào)節(jié)后得到控制繞組的等效d軸與q軸給定電流，再經(jīng)坐標(biāo)變換后得到控制繞組的各相給定電流。通過(guò)給定電流與實(shí)際電流的比較得到開(kāi)關(guān)控制信號(hào)來(lái)改變控制繞組的勵(lì)磁無(wú)功。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中先打開(kāi)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后觸發(fā)DSP，使系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)控制的工作狀態(tài)完成建壓過(guò)程。建壓過(guò)程中的系統(tǒng)各參數(shù)波形如圖9所示。

圖9 建壓過(guò)程Fig.9 Establishing voltage process

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在該勵(lì)磁系統(tǒng)的控制下，發(fā)電機(jī)建壓平穩(wěn)迅速，超調(diào)量小。穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

圖10 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行Fig.10 Stable condition

當(dāng)電機(jī)帶額定5 kW負(fù)載時(shí)，電機(jī)控制繞組相電壓波形為正弦波，輸出電流約為21 A，直流母線電壓穩(wěn)定在270 V左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)應(yīng)用于五相雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究，包括主電路、驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)學(xué)信號(hào)處理電路、采樣調(diào)理電路、保護(hù)電路等。該勵(lì)磁控制系統(tǒng)基于母線電壓、相電流等狀態(tài)參數(shù)，按照控制繞組磁鏈定向的控制策略來(lái)調(diào)節(jié)控制繞組中的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)。通過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該勵(lì)磁控制系統(tǒng)能夠使感應(yīng)發(fā)電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)，并具有良好的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性，能夠滿足五相雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制的需要。

[1] 孫浩然. 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述[J]. 江蘇電機(jī)工程，2010，29(4)：80-84. SUN Haoran. A review of wind power generation technology[J]. Jiangsu Electrical Engineering，2010，29(4)：80-84.

[2] 王承煦，張 源. 風(fēng)力發(fā)電[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2003. WANG Chengxu，ZHANG Yuan. Wind power generation[M]. Beijing：China Electric Power Press，2003.

[3] 葉杭治. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002. YE Hangzhi. Control technology of wind turbine[M]. Beijing：China Machine Press，2003.

[4] 蘇紹禹. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2003. SU Shaoyu. Design，operation and maintenance of wind turbine[M]. Beijing：China Electric Power Press，2003.

[5] 劉陵順. 定子雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的研究[D]. 南京: 南京航空航天大學(xué)，2007. LIU Lingshun. Reasearch on design of dual stator-wingding induction generator and control of system[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2007.

[6] 范立新，向張飏. 雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制仿真研究[J]. 江蘇電機(jī)工程，2012,31(6)：39-42. FAN Lixin，XIANG Zhangyang. Simulation research on doubly-fed variable speed constant frequency wind generator paralleling in the grid[J]. Jiangsu Electrical Engineering，2012, 31(6)：39-42.

[7] 李發(fā)海，王 巖. 電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M]. 4版. 北京：清華大學(xué)出版社，2011. LI Fahai，WANG Yan. Motor and drag foundation[M]. 4th ed. Beijing：Tsinghua University Press，2011.

[8] 陳伯時(shí)，阮 毅. 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. CHEN Boshi，RUAN Yi. Automatic control system of electric drive—motion control system[M]. Beijing：China Machine Press，2009.

[9] 劉陵順，胡育文，黃文新. 電力電子變換器控制的異步電機(jī)發(fā)電技術(shù)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2005, 20(5)：1-7. LIU Lingshun，HU Yuwen，HUANG Wenxin. Summary of technology of induction generators with power electronic converters[J]. Transactions of China Electrotechnical Society，2005 20(5)：1-7.

[10] OJO O, DAVIDSON I E. A dual stator winding induction generator witha four switch inverter-battery scheme for control[C]∥Thirty-first IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference (PESC)，2000：230-234.

[11] OJO O, DAVIDSON I E. PWM-VSI inverter-assisted stand-alone dual stator winding induction generator [J]. IEEE Transactions Industry Applications, 2000, 36(6)：1604-1611.

[12] 傅 玉，馬偉明，王 東, 等. 新型定子雙繞組自激異步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2003, 23(3):121-125. FU Yu, MA Weiming，WANG Dong, et al. Voltage regulation of a novel stand-alone dual stator winding induction generator[J]. Proceedings of the CSEE，2003, 23(3)：121-125.

[13] 傅 玉，馬偉明，李玉梅,等. 帶有電流控制電壓型逆變器的新型雙繞組異步發(fā)電機(jī)的電壓控制[J]. 電工電能新技術(shù)，2003, 22(3)：55-58. FU Yu, MA Weiming, LI Yumei, et al. Analysis of voltage control for a dual stator winding induction generator with CC-VSI[J]. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy，2003, 22(3)：55-58.

[14] 王 東，馬偉明，李玉梅, 等. 帶有靜止勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)的研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2003, 23(7)：145-150. WANG Dong, MA Weiming, LI Yumei, et al. Research on dual stator-winding induction generator with static excitation regulator[J]. Processdings of the CSEE，2003, 23(7)：145-150.

[15] 卜飛飛，黃文新，胡育文, 等. 定子雙繞組異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)勵(lì)磁電容的優(yōu)化選取[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào),2011, 26(10)：152-160. BU Feifei, HUANG Wenxin, HU Yuwen, et al. Optimal selection of excitation capacitor for dual stator-winding induction

generator wind power system[J]. Transaction of China Electrotechnical Society，2011, 26(10)：152-160.

[16] 卜飛飛. 變速運(yùn)行的定子雙繞組異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)研究[D]. 南京： 南京航空航天大學(xué)，2014. BU Feifei. Research on the variable-speed-operation dual stator-winding induction generator system[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2014.

[17] 施 凱. 定子雙繞組感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究,[D]. 南京:南京航空航天大學(xué),2012. SHI Kai. Research on key technologies for the dual stator-winding induction generator wind power system[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2012.

[18] BU F, HU Y, HUANG W, et al. Wide-speed-range-operation dual stator-winding induction generator DC generating system for wind power applications[J]. IEEE Transactions Power Electronics, 2015, 30(2):561-573.

[19] LIU Haozhe, BU Feifei, HUNAG Wenxi, et al. Modeling of five-phase dual stator-winding induction generator with third harmonic injection[C]∥Power Electronics and Drive Systems(PEDS),2015 IEEE 11th International Conference on, Sydney, 2015: 231-234.

潘子昊

潘子昊(1996 —)，男，江蘇蘇州人，本科，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；

王思齊(1996 —)，男，山東青島人，本科，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；

蔣志鵬(1996 —)，男，江蘇蘇州人，本科，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；

張喆軒(1997 —)，男，江蘇蘇州人，本科，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；

卜飛飛(1984 —)，男，博士，副教授，研究方向?yàn)楹娇针娫?、風(fēng)力發(fā)電、電力電子與電力傳動(dòng)。

(編輯 劉曉燕)

Hardware Design and Realization of Excitation Control System forFive-phase Dual Stator Winding Induction Generator

PAN Zihao，WANG Siqi，JIANG Zhipeng，ZHANG Zhexuan，BU Feifei

(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 211106, China)

This paper mainly studies the hardware design and realization of excitation control system on the five-phase dual stator winding induction generator. This generator has basket winding and there are two types of five-phase winding on its stator: one type is control winding that is connected with excitation converter; the other is power winding which can provide direct electrical power after rectification. Excitation converter consists main circuit based on IGBT modular, drive circuit, digital signal calculation circuit, sampling conditioning circuit, protection circuit and so on. Excitation controller provides generator with changeable excitation reactive power to control the excitation of generator, realizing the control of output voltage.

dual winding induction generator; five-phase; excitation control; hardware design

2016-12-29；

2017-03-01

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(51507079)；中國(guó)博士后科學(xué)基金特別資助項(xiàng)目(2016T90454)；2016國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(2016CX00303)

TM346.2

A

2096-3203(2017)03-0017-05