[发明专利]一种开关磁阻发电机高压直流机组变流系统

说明书

一种开关磁阻发电机高压直流机组变流系统，其结构由单开关磁阻发电机机组变流电路和多机组电能汇聚网络组成，单开关磁阻发电机机组变流电路包含绕组变流电路、反馈电源、逆变电路，多极升压输出交流电；多机组电能汇聚网络中各个单开关磁阻发电机机组变流电路的开关磁阻发电机和变流电路结构均相同，与整流二极管一起组成多行多列的直流汇聚网络并输出高压直流电，系统扩展性强、效率高、容错性强、可靠性高、结构简单成本低，在局域的小型交直流电网等领域具有相当前途。

技术领域

本发明涉及发电领域，具体涉及一种利用开关磁阻电机作为发电机的电气变流系统结构、组合，以及调控方法。

背景技术

开关磁阻电机结构简单坚固，制造成本低廉，转子上无绕组、无永磁体，可靠性高，具有广阔的应用前景。

近年来直流输电日益受到电力部门的重视，局域的直流电网初具雏形，也衍生了更多的设备直接采用直流电源供电。

开关磁阻发电机一般由2-5相绕组置于定子上，根据定转子之间凸极的相对位置决定通电的相绕组，每相绕组工作时一般分为励磁和发电两大阶段，励磁阶段为电机相绕组吸收外来励磁电源的电能储存磁能，后续根据转子相对定子位置结束励磁阶段进入发电阶段，相绕组中储存的磁能转化为电能输出。

开关磁阻发电机的励磁、发电都要围绕连接其绕组的变流电路的运行控制实现，没有绕组变流电路，开关磁阻发电机自然没有任何意义。

绕组变流电路设计中最好是可靠性高、结构简单、控制方便，否则绕组变流电路故障意味着该台发电机组将完全停止发电工作，非常关键；同时考虑到多数场合下对输出侧高电压的需求，如果能够在绕组变流电路内部能实现升压的功能，则势必非常具有实际意义。

开关磁阻电机的转矩脉动问题一直是业界的一块心病，开关磁阻发电机的转矩脉动，同时也往往带来发电电能质量不高的问题，根据开关磁阻发电机运行原理，在励磁阶段如果采用单独的励磁电源，即与开关磁阻发电机发出的电能无关的电源，对转矩脉动降低是有好处的，但由于大大增加了维护工作以及不确定性问题，基本为工程界所舍弃，改用开关磁阻发电机反馈的电能励磁的话，大多面临所供励磁电能波动较大的问题，业界已有一些将励磁电压与发电电压解耦的例子，效果较好但也面临这样或那样的问题，既隔离可靠并适应较大功率等级，又输出励磁电压和电流均平稳，并且输出电压和电流调节范围大等等优点的很少。

另外，绕组变流电路输出后吸收电能端也一样对转矩脉动存在影响，尤其面对用电侧电压或电流具有周期性波动负载时，势必对发电电压和电流的稳定性产生影响，进而通过反馈电源后对励磁电压和电流产生影响，表现为波动性，所以发电电压输出后的电路，譬如逆变电路工作时，常规的桥式逆变电路就对输入端产生影响较大。

开关磁阻发电机经绕组变流电路输出后，往往不能直接并入直流或交流电网，也不能直接供给直流或交流负载，一般需要升压环节，业界大多采用先逆变，然后经工频或中高频变压器升压，需要直流电的话再整流，这个过程中会对输入侧即开关磁阻发电机绕组变流电路输出侧产生影响，发电电压或发电电流出现周期性不稳定较大；并且这类变流过程往往结构较为复杂，控制也复杂，往往采用高频PWM模式提高调解的灵活性，开关管的开关损耗大，效率低。

对于大规模的用电需求，或者大负载、较大的直流电力需求等方面，单开关磁阻发电机机组发出的电能往往要与其他开关磁阻发电机机组构成一定的发电网络，即多机组的连接后供电问题，这往往面临输出大功率，即高电压大电流，而变流系统当中的开关管面临的很大问题是开关应力问题，如果开关应力很大，则势必在每个开关处需要高电压参量或往往是多个开关管串并联组合模式才行，极大的增加了系统成本、控制复杂度，以及损耗，往往面临此问题后不具备工程实际意义，所以，大功率高电压供电的同时，如果各开关管有低电压应力，则非常具有现实意义。