[发明专利]一种开关磁阻风力发电机功率变换器系统

权利要求书

1.一种开关磁阻风力发电机功率变换器系统，由功率变换主电路(1)、启励电源主电路(2)、变励磁电压主电路(3)、变发电电压主电路(4)组成，其特征在于，开关磁阻风力发电机的四相绕组连接所述的功率变换主电路(1)，所述的启励电源主电路(2)与功率变换主电路(1)励磁输入端并联，所述的变励磁电压主电路(3)的输入端与功率变换主电路(1)的输出端并联，变励磁电压主电路(3)的输出端与功率变换主电路(1)的励磁输入端并联，所述的变发电电压主电路(4)与功率变换主电路(1)的输出端并联；

功率变换主电路(1)由第一开关管(V1)、第二开关管(V2)、第三开关管(V3)、第四开关管(V4)、第五开关管(V5)、第六开关管(V6)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第一电容器(C1)组成，其中，所述的第一电容器(C1)为电解电容器，其上下端分别为正负极，并作为功率变换主电路(1)的输出端；从上到下所述第一二极管(D1)与所述第二开关管(V2)构成一条串联支路，上正下负与第一电容器(C1)同极性并联连接，其中第一二极管(D1)本身的负端与第一电容器(C1)的正极连接，第一二极管(D1)的正端连接第二开关管(V2)的正端；从上到下所述第三二极管(D3)与所述第三开关管(V3)构成一条串联支路，上正下负与第一电容器(C1)同极性并联连接，其中第三二极管(D3)本身的负端与第一电容器(C1)的正极连接，第三二极管(D3)的正端连接第三开关管(V3)的正端；从上到下所述第四二极管(D4)与所述第五开关管(V5)构成一条串联支路，上正下负与第一电容器(C1)同极性并联连接，其中第四二极管(D4)本身的负端与第一电容器(C1)的正极连接，第四二极管(D4)的正端连接第五开关管(V5)的正端；从上到下所述第六二极管(D6)与所述第六开关管(V6)构成一条串联支路，上正下负与第一电容器(C1)同极性并联连接，其中第六二极管(D6)本身的负端与第一电容器(C1)的正极连接，第六二极管(D6)的正端连接第六开关管(V6)的正端；从上到下所述第一开关管(V1)与所述第二二极管(D2)构成一条串联支路，上正下负，下端即负极端，也是第二二极管(D2)的正端与第一电容器(C1)的负极连接，上端即第一开关管(V1)的正端是励磁输入端正极；从上到下所述第四开关管(V4)与所述第五二极管(D5)构成一条串联支路，上正下负，下端即负极端，也是第五二极管(D5)的正端与第一电容器(C1)的负极连接，上端即第四开关管(V4)的正端是励磁输入端正极；开关磁阻风力发电机的四相绕组，按照绕组在开关磁阻风力发电机内部相邻顺序分别为第一绕组(A)、第二绕组(B)、第三绕组(C)、第四绕组(D)，其中，第一绕组(A)的两端，分别连接第一二极管(D1)与第二开关管(V2)构成的支路的中点，和第一开关管(V1)与第二二极管(D2)构成的支路的中点；第二绕组(B)的两端，分别连接第四二极管(D4)与第五开关管(V5)构成的支路的中点，和第四开关管(V4)与第五二极管(D5)构成的支路的中点；第三绕组(C)的两端，分别连接第三二极管(D3)与第三开关管(V3)构成的支路的中点，和第一开关管(V1)与第二二极管(D2)构成的支路的中点；第四绕组(D)的两端，分别连接第六二极管(D6)与第六开关管(V6)构成的支路的中点，和第四开关管(V4)与第五二极管(D5)构成的支路的中点；

启励电源主电路(2)由蓄电池(X)和第七二极管(D7)组成，从下到上二者构成一条串联支路，所述蓄电池(X)的负极与功率变换主电路(1)励磁输入端负极，同时也是功率变换主电路(1)输出端负极连接，所述第七二极管(D7)的负端连接功率变换主电路(1)励磁输入端的正极；

变励磁电压主电路(3)由第二电容器(C2)、第三电容器(C3)、第七开关管(V7)、第八二极管(D8)、变压器(T)组成，其中，所述第二电容器(C2)两端即变励磁电压主电路(3)输入端连接功率变换主电路(1)输出端两端，极性与第一电容器(C1)相同，所述第七开关管(V7)与所述变压器(T)的输入绕组(a)串联后，两端分别与第二电容器(C2)的两端连接，其中第七开关管(V7)的负端与第二电容器(C2)的负极连接，变压器(T)的一次绕组和二次绕组，即输入绕组(a)和输出绕组(b)极性相反，输出绕组(b)与所述第八二极管(D8)串联为一条支路，该支路与所述第三电容器(C3)两端并联连接，且第八二极管(D8)负端连接第三电容器(C3)正极，第三电容器(C3)的两端作为变励磁电压主电路(3)的输出端与功率变换主电路(1)的励磁输入端分别同极并联连接；

变发电电压主电路(4)，由电感(L)、电阻(R)、第九二极管(D9)、第八开关管(V8)组成，其中，所述电感(L)和所述电阻(R)所述第九二极管(D9)组成的串联支路并联连接，并与所述第八开关管(V8)再串联连接，第九二极管(D9)正端和电感(L)一端连接功率变换主电路(1)的励磁输入端也即功率变换主电路(1)的发电输出端、变励磁电压主电路(3)的输出端负极，第八开关管(V8)的正端连接功率变换主电路(1)输出端正极。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻风力发电机功率变换器系统，其特征是，所述一种开关磁阻风力发电机功率变换器系统工作期间控制方法为：

启励电源主电路(2)在开关磁阻风力发电机启动时，以及运行中启励电源主电路(2)输出电压即蓄电池(X)电压大于变励磁电压主电路(3)的输出端电压即励磁电压时工作，向开关磁阻风力发电机绕组励磁供电；

变励磁电压主电路(3)，通过对第七开关管(V7)占空比的调节，改变变励磁电压主电路(3)输出的励磁电压值；

变发电电压主电路(4)，用于降低功率变换主电路(1)输出电压即发电电压值，当第八开关管(V8)闭合导通，电感(L)吸收电能储存为磁能，待第八开关管(V8)断开后，电感(L)中的磁能转为电能经第九二极管(D9)向电阻(R)释放；

系统在运行中，固定励磁阶段开始时的开通角，只有励磁和发电两阶段运行时固定发电阶段的开通和关断角度，根据开关磁阻风力发电机的转速人为分为三个转速区，分别为低速区、中速区、高速区，在全速范围内，施行最佳叶尖速比，如下为各速区的运行方案：

在低速区，变励磁电压主电路(3)运行于升压状态，通过第七开关管(V7)的占空比调节实现增加励磁阶段的励磁电流，转速与第七开关管(V7)占空比呈反比关系，转速低至最低限定值时等于相应第七开关管(V7)的占空比达最高限定值0.8；变发电电压主电路(4)的第八开关管(V8)在进入相应绕组发电阶段时闭合，此时第一电容器(C1)中的电能转移到电感(L)中储存为磁能，第一电容器(C1)两端即发电电压下降，发电阶段的绕组电流上升，到发电阶段结束时间第八开关管(V8)断开，电感(L)中的储能经第九二极管(D9)释放给电阻(R)消耗掉，下一发电阶段继续给与变发电电压主电路(4)投入如上的工作模式；此外，在励磁阶段与发电阶段之间，各占用励磁和发电两阶段的四分之一角度，增加一个续流阶段，在励磁阶段结束时，原本应断开的上下两个开关管，只有上开关管断开，此时绕组将与未断开下开关管、并联的二极管形成回路续流，到规定结束关断角度时即发电阶段开始角度时间时关断下开关管；

在中速区，即额定转速至额定转速的70％转速范围内，分为励磁和发电两个阶段，变发电电压主电路(4)不工作，变励磁电压主电路(3)根据是否达额定发电电压和发电电流即额定输出功率值来决定是否调节第七开关管(V7)的占空比，低于额定输出功率时增大第七开关管(V7)的占空比，直至输出功率达到额定值，反之减小第七开关管(V7)的占空比；

在高速区，分为励磁和发电两个阶段，当发电电压检测值超过额定值的15％时，变发电电压主电路(4)投入工作，发电电压降至额定值的105％以内时停止工作；若根据发电电流检测值超过额定值的10％时，则依靠变励磁电压主电路(3)中第七开关管(V7)的调节，减小其占空比，输出励磁电压降低，待发电电流降至额定值的105％以内后停止调节第七开关管(V7)。