[发明专利]一种开关磁阻风力发电机变流器及其控制方法

权利要求书

1.一种开关磁阻风力发电机变流器的控制方法，其变流器由变流主电路、输出母线电容器、隔离式DC/DC变换器、励磁与放电主电路组成，其特征在于，所述变流主电路输出正负两端连接所述输出母线电容器正负两端，同时作为所述隔离式DC/DC变换器的输入正负两端，隔离式DC/DC变换器输出正负两端连接所述励磁与放电主电路输入正负两端，励磁与放电主电路输出正负两端连接变流主电路输入正负两端，变流主电路输出正极端也连接励磁与放电主电路的放电输入端，励磁与放电主电路输出正极端、变流主电路输出负极端、变流主电路输入正极端短接；

所述变流主电路由三个或四个变流支路并联组成，每个变流支路内部连接开关磁阻发电机的一相绕组，每相绕组含有两套绕组，并分开连接，具体来说，每个变流支路由第一套绕组、第二套绕组、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第一二极管组成，其中，所述第一套绕组一端、所述第一开关管阳极、所述第二开关管阴极短接并作为变流主电路输入正极端，第一开关管阴极连接所述第一二极管阴极和所述第二套绕组一端，第一套绕组另一端连接第一二极管阳极和所述第三开关管阳极，第二套绕组另一端连接第三开关管阴极、所述第四开关管阳极、第二开关管阳极、所述第五开关管阳极，第四开关管阴极作为变流主电路输入负极端，第五开关管阴极作为变流主电路输出正极端；

所述隔离式DC/DC变换器内含电磁隔离环节，其输出直流电压值与输入直流电压值相等；

所述励磁与放电主电路由第六开关管、第七开关管、第八开关管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电感、第二电感、电容器组成，其中，所述第六开关管阳极作为励磁与放电主电路输入正极端，第六开关管阴极与所述第二二极管阴极、所述第一电感一端连接，第一电感另一端与所述第七开关管阳极、所述第三二极管阳极连接，第三二极管阴极与所述电容器正极、所述第二电感一端连接并作为励磁与放电主电路输出正极端，第二电感另一端与所述第四二极管阴极、所述第八开关管阴极连接，第八开关管阳极作为励磁与放电主电路的放电输入端连接变流主电路输出正极端，第二二极管阳极、第七开关管阴极、电容器负极、第四二极管阳极短接并作为励磁与放电主电路输入和输出负极端；

开关磁阻风力发电机变流器的控制方法，分为三类工作模式，其特征在于：

第一类工作模式，当发电机组负载突然变大，或发电起动阶段，或最大功率跟踪需要快速加强励磁时即快速加强变流主电路输入电流以便提高发电机组功率输出能力时切入此模式，该类工作模式又分为两种：

(1)根据开关磁阻发电机转子位置，连接需工作的相绕组的变流支路的第一开关管、第三开关管、第四开关管闭合，第二开关管、第五开关管断开，第六开关管闭合，第八开关管断开，第七开关管按PWM控制方式工作，其占空比的大小根据控制系统对工作中的相绕组中的电流值需求调节，以上该阶段为开关磁阻发电机的相绕组的励磁阶段，根据发电机转子位置检测情况到达励磁阶段结束位置时，第一开关管、第三开关管、第四开关管断开，第五开关管闭合，进入发电阶段，待根据发电机转子位置到发电阶段结束时，断开第五开关管，该相绕组工作结束；

(2)在以上第一类工作模式(1)中，即使在第七开关管占空比调解下的励磁与放电主电路可达到的最大输出电压依然不能使得发电机的励磁阶段结束时相绕组电流满足需求，进入该种工作模式：励磁阶段开始时与第一类工作模式第(1)种工作模式下励磁阶段开始时各开关管动作模式相同，在励磁阶段即将结束时，提前10％的原励磁时间检测绕组电流不能达到所需励磁电流80％时，此时断开第一开关管、第三开关管、第四开关管，闭合第二开关管，使得相绕组进入续流阶段，从而在无反向电压情况下相绕组电流快速提升，待到达发电阶段开始时，断开第二开关管，同时闭合第五开关管，进入与第一类工作模式第(1)种模式相同的发电阶段，如果发电阶段开始前续流阶段期间相绕组电流已满足需求，则提前进入发电阶段；

该类工作模式下第六开关管始终保持闭合状态，第八开关管始终保持断开状态，第二开关管仅仅在续流阶段时才闭合，第一开关管、第三开关管、第四开关管仅仅在励磁阶段时才闭合，第五开关管仅仅在发电阶段时才闭合；

第二类工作模式，风力发电机组的转速与输出功率均在各自额定值的±10％区域范围内时：

第一开关管、第二开关管、第三开关管、第八开关管始终处于断开状态，工作期间没有续流阶段，励磁结束直接进入发电阶段；根据发电机转子位置检测结果，需要某变流支路投入工作时，该变流支路的第四开关管闭合首先进入励磁阶段，励磁与放电主电路的第六开关管、第七开关管的开关状态根据如下原则调节：根据所需绕组电流情况，当需要励磁电压即励磁与放电主电路输出电压相对母线电压即变流主电路输出电压减小时，第七开关管断开，第六开关管按照PWM控制方式工作，具体占空比根据所需绕组电流闭环控制需要确定；当需要励磁电压相对母线电压增大即提高绕组电流时，第六开关管闭合，第七开关管按照PWM控制方式工作，具体占空比根据所需绕组电流闭环控制需要确定；当励磁阶段第六开关管一直闭合，第七开关管一直断开时，励磁阶段结束时绕组电流正好在满足需求值的误差范围内，则不进行PWM控制；

第三类工作模式，当风电机组输出端负载突然变小，或发电机组高速运行母线电压过高需要减小风电机组输出功率即减小励磁电压时，进入该类工作模式下：

该类工作模式下第一开关管、第二开关管、第三开关管、第七开关管始终处于断开状态，根据转子位置预工作变流支路励磁阶段来临时第四开关管闭合，第六开关管采用PWM控制方式，通过其占空比的调节改变励磁与放电主电路的输出励磁电压，根据转子位置情况励磁阶段结束后第四开关管断开第五开关管闭合进入发电阶段，当刚结束工作的变流支路发电阶段工作结束后使得发电输出的输出母线电容器两端电压升高时，或者输出母线电容器两端电压在超额定母线电压5％以上时，后续变流支路励磁阶段时第六开关管的占空比按比例调节变小，在此期间，第八开关管闭合将输出母线电容器两侧电能向第二电感放电，检测到放电回路电流达到限定值时断开第八开关。