[发明专利]一种开关磁阻风力发电机变流器及其控制方法

说明书

一种开关磁阻风力发电机变流器，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，变流主电路输出连接输出母线电容器，同时作为隔离式DC/DC变换器的输入，隔离式DC/DC变换器输出连接励磁与放电主电路输入，励磁与放电主电路输出连接变流主电路输入，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；该结构下通过不同条件下三类控制模式，实现宽发电范围、高发电能力、多角度灵活控制，适用于各类风力发电领域。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种开关磁阻风力发电机的变流器电路拓扑系统及其控制方法。

背景技术

利用开关磁阻发电机发电，是一种新型的发电方式；将开关磁阻发电机用于适应风力特性下的发电系统，目前国内外尚无真正商业使用的案例，原因在于开关磁阻发电机独有的结构和变流系统较为特殊，近年来正处于研究当中。

风力发电是阳光产业，目前的风力发电机大多采用永磁同步或双馈异步发电机，前者近年来已显现出成本高昂的缺点，尤其是稀土永磁材料的大量使用，后者需要定转子双绕组，双变流器系统；而开关磁阻发电机结构简单、坚固耐用、成本低廉、容错性强可靠性高，效率也高于双馈异步发电机，具有广阔的应用前景。

风电行业，最大功率输出能力是该产业中发电机组运行控制中的关键，更高的效率和效益，更大的发电能力功率密度，更宽的发电范围，是该领域所特别需要的。

开关磁阻发电机变流器是开关磁阻发电机系统运行和控制的中枢环节，目前已有的变流器结构中，励磁与发电两阶段如果各自独立运行与控制，则为他励型，如果励磁所需电源来自发电阶段的发出电能，则为自励型，传统自励型为直接将发电电压作为励磁电压，电压和电流波动大，他励型虽然电压电流波动小但需要提供专门的他励电源，增加了维护工作量。

目前业界也有一些解耦型的自励型开关磁阻发电机变流器系统，励磁电压也可以独立调节，增强了该系统在风电领域的适应性，但灵活性不足，譬如励磁电源出现故障或者控制所限，励磁电压变化范围不宽，或者仅仅单独依靠励磁电源的变化来调节绕组励磁阶段电压和电流，必要时缺乏对系统的快速反应的多方位强化控制能力。

另外，在适应极低风速、极高风速、极高转速、极低负载等方面，也需要新的系统能考虑到这些，从而可提高整个发电系统的可发电运行宽度，进而提高系统的发电效益和效率。

业界目前的众多考虑中，很大的一个趋势是使得变流器越来越复杂，所需的开关管越来越多，开关管的频繁的开关动作，尤其PWM控制等，造成了大量的开关损耗，消耗了大量电能，降低了发电效率。

发明内容

根据以上的背景技术，本发明就提出一种宽励磁电压调节范围、双方式分别调控的提高励磁强化能力、多开关管但少开关频率、特殊续流回路提升发电阶段前绕组电流等方面的变流器系统结构及其控制方法，提升了适应风力特性的宽范围发电区间以及发电输出能力，提高了发电效率和效益，相对的则简化了结构。

本发明的技术方案为：

一种开关磁阻风力发电机变流器，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，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；