[发明专利]一种开关磁阻电机变流系统及其调控方法

说明书

一种开关磁阻电机变流系统及其调控方法，其变流系统由五个开关管、两个电感、三相绕组、三个二极管、以及四个电容器组成，该变流系统无隔离环节并且输入和输出共地，作为开关磁阻发电机运行时可实现直接抬升电压，减少了专门的升压环节，降低了损耗提高了效率，第四开关管与第五开关管交错开关，开关频率相同，所以控制简便，通过对第五开关管占空比的调节可实现对发电电压的直接调节，实现发电电压主动与励磁电压解耦，增强了变流系统的适应性，变流系统同时可作为开关磁阻电动机应用，所以结构简单功能多样，利用率高，适用于直流微电网中小型高速抽水蓄能电站等的电机系统领域应用。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机系统及抽水蓄能电站应用领域，具体涉及一种直升压、无隔离、输入输出共地、发电电压可灵活调节、以及可四象限运行的开关磁阻电机系统及其开关调控方法，尤其可用于填谷削峰的抽水蓄能电站电机系统等应用。

背景技术

开关磁阻电机结构及其简单坚固，转子上无绕组，定子上为集中绕组，所以成本低，耐高温高速，理应具有广泛的应用前景。

但是，开关磁阻电机特殊的结构和运行机理，使得其变流器与传统交直流电机的变频器和控制器等完全不同，其传统变流系统中最为常见的为不对称半桥结构，但存在开关器件过多、损耗较大，以及常见的自励型结构励磁电压与发电电压不解耦等缺点，尤其是作为开关磁阻发电机使用时，本来可利用其直接发出直流电的优势用于直流电网中，可省掉一个整流环节，但采用传统不对称半桥结构变流系统时其输出端发电电压往往较低达不到要求而不得不另外增加升压DC/DC装置，增加了系统的复杂性，降低了可靠性。

目前出现了一些可以通过变流系统直接输出高电压的所谓直升压变流系统，但是大多数内含磁隔离环节，一则因为输入和输出无法共地造成的，二则通过磁隔离即变压器变比的设置，可极大的方便升压输出，但是，变压器尤其高频变压器的引入，漏感、涡流、以及集肤效应下，拖累了整个变流系统效率下降，因为这些都造成了损耗的增加，还引起发热严重等问题。

根据开关磁阻发电机运行原理，以及开关磁阻发电机数学模型，如果发电输出的发电电压可以直接调节，可直接改变发电阶段相绕组电流的走向，而传统的控制方式，无论电流斩波、电压PWM，还是角度位置控制，都是在励磁阶段间接对励磁结束后的发电阶段相电流施加影响，尤其转速变化引起绕组运动电动势变化时，极难精准控制发电阶段电流走势，而发电阶段电流走势直接关系到开关磁阻发电机的发电效率最大化即电能输出能力，目前可直接控制发电电压的变流系统和调控方法还非常非常少见。

还有，在一些场合，需要开关磁阻电机能满足即能电动又能发电两种工况，甚至四象限运行的要求，常见的是采用不同的变流系统因应电动和发电两工况的应用，降低了变流系统的利用率，譬如随着新能源和直流电网的发展，用电不平衡问题突出，也因应“双碳”环保要求，各地大力发展抽水蓄能电站项目，此时水泵扬水电动机和水轮发电机还采用不同的机组，当然各自变流系统更是各自独立。

发明内容

根据以上的背景技术，本发明就提出了一种直升压、无隔离、输入输出共地、可四象限运行的，并且输出的发电电压可宽范围直接调节的开关磁阻电机变流系统及其调控方法，变流系统利用率高，控制简便，特别适用于小型高速抽水蓄能电站的电机系统领域应用。

本发明的技术方案为：