[发明专利]一种开关磁阻风力发电机集成功率变换器拓扑控制方法

说明书

本发明公开的一种开关磁阻风力发电机集成功率变换器拓扑控制方法，该集成功率变换器由开关磁阻发电机功率变换器和前置电路组成。开关磁阻发电机功率变换器是传统不对称半桥功率变换器的简化，前置电路是Buck/Boost变换器，可以实现励磁电容和输出电容之间能量交换。对前置电路采用直接电容能量控制策略使输出电容电压稳定，对开关磁阻发电机采用电流斩波控制策略使励磁电容电压稳定，同时引入励磁电容输出功率闭环控制，提高励磁电容电压控制快速性和精度。该集成功率变换器拓扑结构简单，通过简单控制策略，可实现离网型开关磁阻风力发电系统的效率与动态响应的优化，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于开关磁阻风力发电领域，涉及一种开关磁阻风力发电机集成功率变换器拓扑控制方法。

背景技术

作为一种新型的机电能量转换设备，开关磁阻发电机以其结构简单(转子上既无绕组也无永磁体)，制造成本低，容错能力强，运行可靠性高，在较宽的转速范围内具有较高的效率，已经成功的应用于许多场合尤其风力发电等环境恶劣场合。如今，系统发电效率和动态响应是开关磁阻发电机系统研究的热点。有文献通过研发控制策略来提高发电机输出电压(输出电流)的动态响应。也有文献通过对励磁参数进行优化来提高系统效率。然而由于发电机的惯性和风力的局限性，开关磁阻发电机的输出电压通常是不确定的。虽然有文献通过增加 DC/DC变换器来维持输出电压稳定，但使系统效率降低。为了克服上述挑战，急需一种集成功率变换器，在加快系统输出电压动态响应的同时，合理安排蓄电池、负载以及开关磁阻发电机之间的能量交换，从而提高开关磁阻风力发电系统风能捕获率与系统效率，增强系统可靠性。

发明内容

一种开关磁阻风力发电机集成功率变换器拓扑控制方法，包括采用开关磁阻风力发电机集成功率变换器拓扑结构，开关磁阻风力发电机集成功率变换器拓扑结构包括开关磁阻发电机功率变换器和前端电路：所述的开关磁阻发电机功率变换器是传统不对称半桥功率变换器的简化，每相绕组控制回路中只有一个功率开关器件和一个续流二极管；所述的前端电路包括励磁电源V_e、励磁电容C_exc、输出电容C_out、电感L和三个功率开关器件以及并联于功率开关器件两端的续流二极管：功率开关器件T₁的漏极与开关磁阻发电机功率变换器续流母线的正端相连，功率开关器件T₁的源极与功率开关器件T₂的漏极相连，功率开关器件T₂的源极与开关磁阻发电机功率变换器母线负端相连，输出电容C_out的正端与开关磁阻发电机功率变换器续流母线正端和功率开关器件T₁的源极相连，输出电容C_out的负端与开关磁阻发电机功率变换器励磁母线正端和励磁电容C_exc的正端相连，励磁电容的负端与励磁电源负极和开关磁阻发电机功率变换器母线负端相连，电感L的一端与输出电容C_out的负端和励磁电容C_exc的正端相连，另一端与功率开关器件T₁的源极与功率开关器件T₂的漏极相连，功率开关器件 T₃的源极与励磁电源的正端相连，功率开关器件T₃的漏极与励磁电容C_exc相连，负载R_L的一端与输出电容C_out的正端相连，另一端与输出电容C_out的负端相连；其特征在于：