[發明專利]變發電電壓下開關磁阻風力發電機高壓變流系統

有效

• 申請號: 201810242666.6
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108462419B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 孫冠群
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30;H02P101/15
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.變發電電壓下開關磁阻風力發電機高壓變流系統，由第一變流主電路、第二變流主電路、第一SPWM電路、第二SPWM電路、四繞組變壓器、整流輸出電路、第一勵磁電路、第二勵磁電路組成，其技術特征是，所述第一變流主電路輸出兩端連接所述第一SPWM電路輸入兩端，第一變流主電路輸入兩端連接所述第一勵磁電路輸出兩端，所述第二變流主電路輸出兩端連接所述第二SPWM電路輸入兩端，第二變流主電路輸入兩端連接所述第二勵磁電路輸出兩端，第一SPWM電路輸出兩端和第二SPWM電路輸出兩端分別連接所述四繞組變壓器一次側的兩套繞組的各自兩端，所述整流輸出電路的輸入兩端連接四繞組變壓器二次側兩套繞組中多匝數繞組兩端，另一套繞組即少匝數繞組兩端連接第一勵磁電路和第二勵磁電路的輸入兩端；

第一變流主電路直接連接第一臺開關磁阻發電機的四相繞組，其由第一蓄電池、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管、第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第五開關管、第六開關管、第七開關管、第一相繞組、第二相繞組、第三相繞組、第四相繞組、第一電容器、第一電感、吸收器1組成，所述第一蓄電池正極連接所述第一二極管陽極，第一蓄電池負極連接所述第二開關管陰極、所述第三二極管陽極、所述第三開關管陰極、所述第五開關管陰極、所述第六二極管陽極、所述第六開關管陰極、所述第一電容器負極、所述第八二極管陽極、所述第一電感一端，并作為第一變流主電路輸入和輸出負極端，第一二極管陰極連接所述第一開關管陽極、所述第四開關管陽極，并作為第一變流主電路輸入正極端，第一開關管陰極連接所述第三二極管陰極、所述第一相繞組一端、所述第三相繞組一端，第一相繞組另一端連接所述第二二極管陽極和所述第二開關管陽極，第三相繞組另一端連接所述第四二極管陽極和所述第三開關管陽極，第四開關管陰極連接所述第六二極管陰極、所述第二相繞組一端、所述第四相繞組一端，第二相繞組另一端連接所述第五二極管陽極和所述第五開關管陽極，第四相繞組另一端連接所述第七二極管陽極和所述第六開關管陽極，第二二極管陰極、第四二極管陰極、第五二極管陰極、第七二極管陰極連接，并與第一電容器正極、所述第七開關管陽極連接，也作為第一變流主電路輸出正極端，第七開關管陰極與所述吸收器1一端、第一電感另一端連接，吸收器1另一端與第八二極管陰極連接；第一相繞組、第二相繞組、第三相繞組、第四相繞組按順序分別排列于第一臺開關磁阻發電機定子四對凸極上；

第二變流主電路直接連接第二臺開關磁阻發電機的四相繞組，其由第二蓄電池、第九二極管、第十二極管、第十一二極管、第十二二極管、第十三二極管、第十四二極管、第十五二極管、第十六二極管、第八開關管、第九開關管、第十開關管、第十一開關管、第十二開關管、第十三開關管、第十四開關管、第五相繞組、第六相繞組、第七相繞組、第八相繞組、第二電容器、第二電感、吸收器2組成，所述第二蓄電池正極連接所述第九二極管陽極，第二蓄電池負極連接所述第九開關管陰極、所述第十一二極管陽極、所述第十開關管陰極、所述第十二開關管陰極、所述第十四二極管陽極、所述第十三開關管陰極、所述第二電容器負極、所述第十六二極管陽極、所述第二電感一端，并作為第二變流主電路輸入和輸出負極端，第九二極管陰極連接所述第八開關管陽極、所述第十一開關管陽極，并作為第二變流主電路輸入正極端，第八開關管陰極連接所述第十一二極管陰極、所述第五相繞組一端、所述第七相繞組一端，第五相繞組另一端連接所述第十二極管陽極和所述第九開關管陽極，第七相繞組另一端連接所述第十二二極管陽極和所述第十開關管陽極，第十一開關管陰極連接所述第十四二極管陰極、所述第六相繞組一端、所述第八相繞組一端，第六相繞組另一端連接所述第十三二極管陽極和所述第十二開關管陽極，第八相繞組另一端連接所述第十五二極管陽極和所述第十三開關管陽極，第十二極管陰極、第十二二極管陰極、第十三二極管陰極、第十五二極管陰極連接，并與第二電容器正極、所述第十四開關管陽極連接，也作為第二變流主電路輸出正極端，第十四開關管陰極與所述吸收器2一端、第二電感另一端連接，吸收器2另一端與第十六二極管陰極連接；第五相繞組、第六相繞組、第七相繞組、第八相繞組按順序分別排列于第二臺開關磁阻發電機定子四對凸極上；

第一SPWM電路由第十七二極管、第一電阻、第三電容器、第十八二極管、第十五開關管組成，所述第十七二極管陽極為第一SPWM電路輸入正極端，第十七二極管陰極連接所述第一電阻一端和所述第三電容器一端，并作為第一SPWM電路輸出正極端，所述第十八二極管陰極連接第一電阻另一端和第三電容器另一端，第十八二極管陽極連接所述第十五開關管陽極，并作為第一SPWM電路輸出負極端，第十五開關管陰極作為第一SPWM電路輸入負極端；

第二SPWM電路由第十九二極管、第二電阻、第四電容器、第二十二極管、第十六開關管組成，所述第十九二極管陽極為第二SPWM電路輸入正極端，第十九二極管陰極連接所述第二電阻一端和所述第四電容器一端，并作為第二SPWM電路輸出正極端，所述第二十二極管陰極連接第二電阻另一端和第四電容器另一端，第二十二極管陽極連接所述第十六開關管陽極，并作為第二SPWM電路輸出負極端，第十六開關管陰極作為第二SPWM電路輸入負極端；

四繞組變壓器由一次側第一繞組、一次側第二繞組、二次側多匝數繞組、二次側少匝數繞組組成，所述一次側第一繞組和所述一次側第二繞組完全相同，他們各自的匝數為所述二次側多匝數繞組的二分之一到十分之一，所述二次側少匝數繞組的匝數小于一次側第一繞組和一次側第二繞組匝數，一次側第一繞組極性與二次側多匝數繞組極性相同，二次側多匝數繞組極性與一次側第二繞組極性相反，二次側少匝數繞組極性與一次側第一繞組極性相同；一次側第一繞組兩端連接第一SPWM電路輸出兩端，一次側第二繞組兩端連接第二SPWM電路輸出兩端，二次側多匝數繞組兩端作為整流輸出電路輸入兩端，二次側少匝數繞組兩端作為第一勵磁電路和第二勵磁電路各自輸入兩端；

整流輸出電路由第二十一二極管、第二十二二極管、第二十三二極管、第二十四二極管、第三電感、第五電容器組成，所述第二十一二極管陽極連接所述第二十三二極管陰極和四繞組變壓器二次側多匝數繞組一端，所述第二十二二極管陽極連接所述第二十四二極管陰極和四繞組變壓器二次側多匝數繞組另一端，第二十一二極管陰極和第二十二二極管陰極連接，并和所述第三電感一端連接，第三電感另一端與所述第五電容器正極連接并作為整流輸出電路也是整個變發電電壓下開關磁阻風力發電機高壓變流系統的輸出正極端，第二十三二極管陽極、第二十四二極管陽極、第五電容器負極連接，并作為整流輸出電路也是整個變發電電壓下開關磁阻風力發電機高壓變流系統的輸出負極端；

第一勵磁電路由第十七開關管、第十八開關管、第十九開關管、第二十開關管、第四電感、第六電容器組成，所述第十七開關管陽極與所述第十九開關管陰極連接，并與四繞組變壓器的二次側少匝數繞組一端連接，所述第十八開關管陽極與所述第二十開關管陰極連接，并與四繞組變壓器的二次側少匝數繞組另一端連接，第十七開關管陰極與第十八開關管陰極連接，并與所述第四電感一端連接，第四電感另一端連接所述第六電容器正極并作為第一勵磁電路輸出正極端，第十九開關管陽極與第二十開關管陽極和第六電容器負極連接，并作為第一勵磁電路輸出負極端；

第二勵磁電路由第二十一開關管、第二十二開關管、第二十三開關管、第二十四開關管、第五電感、第七電容器組成，所述第二十一開關管陽極與所述第二十三開關管陰極連接，并與四繞組變壓器的二次側少匝數繞組一端連接，所述第二十二開關管陽極與所述第二十四開關管陰極連接，并與四繞組變壓器的二次側少匝數繞組另一端連接，第二十一開關管陰極與第二十二開關管陰極連接，并與所述第五電感一端連接，第五電感另一端連接所述第七電容器正極并作為第二勵磁電路輸出正極端，第二十三開關管陽極與第二十四開關管陽極和第七電容器負極連接，并作為第二勵磁電路輸出負極端。

2.根據權利要求1所述的變發電電壓下開關磁阻風力發電機高壓變流系統的調控方法，其特征是：

第一變流主電路中，根據開關磁阻發電機運行原理，當根據轉子位置需第一相繞組工作時，第一開關管和第二開關管閉合導通，第一勵磁電路輸出的電能為第一相繞組勵磁，待根據轉子位置及繞組電流要求需結束勵磁時，斷開第一開關管和第二開關管，第二二極管和第三二極管為第一相繞組續流提供通路即發電輸出，當第四相繞組需投入工作時，第四開關管和第六開關管閉合導通勵磁，結束后斷開第四開關管和第六開關管進入第六二極管和第七二極管提供第四相繞組的續流發電輸出，其他相繞組及第二變流主電路中的各相繞組也相同，由各自連接的開關管勵磁、二極管續流發電；第一蓄電池和第二蓄電池的作用是在相應開關磁阻發電機起動開始時即各勵磁電路尚不能提供勵磁電源時用來提供初始勵磁電能；

根據開關磁阻發電機提高電能輸出能力控制的需要，當需要調節降低第一變流主電路輸出端發電電壓時，閉合第七開關管，第一電容器電能向第一電感轉移儲能，從而第一電容器兩端電壓即發電電壓降低，第一電感儲存的磁能在第七開關管斷開后，經由第八二極管續流由吸收器1吸收，吸收器1為蓄電裝置或耗能裝置；第二變流主電路的開關磁阻發電機控制中需要降低其發電電壓時，控制過程相同，閉合第十四開關管將第二電容器電能儲存至第二電感，降低發電電壓，第十四開關管斷開后，第二電感儲能經由第十六二極管向吸收器2轉移儲存或消耗；

第一SPWM，電路內部，當第十五開關管閉合導通時，四繞組變壓器的一次側第一繞組通電，第十五開關管斷開后，四繞組變壓器一次側第一繞組的漏感磁能經由第十八二極管向第三電容器泄放，并最終由第一電阻消耗；第二SPWM電路內部也相同，第十六開關管閉合導通后四繞組變壓器一次側第二繞組通電，第十六開關管斷開后第四電容器和第二電阻對漏感磁能泄放；

第一SPWM電路的第十五開關管和第二SPWM電路的第十六開關管這兩個開關管為交替閉合導通工作模式，并且只有當上一個開關管閉合導通區間結束且四繞組變壓器二次側多匝數繞組輸出端電流降至零時下一個開關管才開始進入閉合導通區間，它們每一個開關管閉合導通的區間內，都采用SPWM調制模式，即等效于單向正弦半波；

第一勵磁電路和第二勵磁電路的電能來自于第一變流主電路和第二變流主電路的輸出并經四繞組變壓器隔離后獲得，第一勵磁電路的第十七開關管、第十八開關管、第十九開關管、第二十開關管組成單向橋式全控整流電路，第二勵磁電路的第二十一開關管、第二十二開關管、第二十三開關管、第二十四開關管組成第二個單向橋式全控整流電路，通過調節各開關管占空比，可調節兩個勵磁電路的輸出勵磁電壓，從而實現變勵磁及強化勵磁的開關磁阻發電機控制所需。