[发明专利]一种开关磁阻风力发电机功率变换器系统

说明书

技术领域

本发明涉及清洁能源发电领域，具体涉及一种采用开关磁阻发电机作为风力发电机的功率变换器系统主电路及其控制方法。

背景技术

风力发电是21世纪以来全球最重要的清洁能源发电模式，面对全球环境、气候变化这些足以影响人类生存的大问题，以风力发电为代表的清洁能源的利用，具有重大意义。

开关磁阻发电机用作风力发电，具备相当的优势，近几年已受到国内外的重视，它结构简单，转子上除了凹凸槽，没有绕组，散热方便，也不需要永磁体，成本低，目前国内外关于开关磁阻发电机做风力发电机系统的研究与应用开始增多。

在作为风力发电以前，开关磁阻发电机就存在转矩脉动问题，用作风力发电后，转矩脉动依然是影响其应用的关键因素之一，而绕组电流的脉动是引起转矩脉动的最重要的罪魁祸首；此外，风力发电领域特别强调最大功率点跟踪(简称MPPT)，以获取尽量多的电能，提高发电效率和效益，在最大功率跟踪中，关键问题是在额定风速以下的低速区的功率输出最大化问题；解决或改进以上问题，开关磁阻风力发电机组的可控参数灵活、多样，是很关键的，而励磁电压与发电电压解耦，并使得励磁电压和发电电压可各自独立调节，则可大大提高系统的控制灵活性和多样性。

发明内容

根据以上的背景技术，本发明提出了一种励磁电压、发电电压之间不但解耦，而且均可各自独立调节，为增加功率输出能力、转矩脉动最小化等的实现而创造灵活可控条件的功率变换器系统及其控制方案。

本发明的技术方案为：

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。

所述的功率变换主电路(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。