[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

變發電電壓下開關磁阻風力發電機高壓變流系統，由兩個開關磁阻發電機的變流主電路、兩個SPWM電路、兩個勵磁電路、一個四繞組變壓器、一個整流輸出電路組成，兩臺風電機組共用一個變壓器及變流輸出電路，結構得到簡化，兩個SPWM電路采用交替及占空比調節工作，適應了不同風電機組輸出不同發電電壓值，各部分共用一臺變壓器做到相互隔離并有效釋放漏感及保護，全系結構簡單成本低，合理調控下適應性、靈活性、可控性強，適用于多機組風力發電領域。

技術領域

本發明涉及風電變流器領域，具體涉及一種采用開關磁阻電機做為變速風力發電機，基于變發電電壓控制下的雙開關磁阻風力發電機機組集成變流并高壓直流輸出的低成本、高可靠性的變流系統及其調控方法。

背景技術

開關磁阻電機結構簡單堅固，制造成本低廉，轉子上無繞組、無永磁體，可靠性高，具有廣闊的應用前景。

近年來直流輸電日益受到電力部門的重視，局域的直流電網在部分地方已初具雛形，高壓、超高壓、特高壓直流輸電及并網也在發展中，也由此衍生了越來越多的負載設備直接采用直流電源供電。

開關磁阻發電機一般由2-5個相繞組置于定子上，根據定轉子之間凸極和凹槽的相對位置決定通電的相繞組，每相繞組工作時一般分為勵磁和發電兩大階段，勵磁階段為電機相繞組吸收外來勵磁電源的電能儲存磁能，后續根據轉子相對定子位置結束勵磁階段進入發電階段，相繞組中儲存的磁能轉化為電能輸出。

開關磁阻發電機的勵磁、發電都要圍繞連接其繞組的變流電路的運行控制實現，沒有繞組變流電路，開關磁阻發電機自然沒有任何意義。

繞組變流電路設計中最好是可靠性高、結構簡單、控制方便，否則繞組變流電路故障意味著該臺發電機組將完全停止發電工作，非常關鍵；同時考慮到多數場合下對輸出側高電壓的需求，如果能夠在繞組變流電路中實現升壓的功能，則勢必非常具有實際意義。

常規的開關磁阻發電機變流系統一般是每臺發電機單獨對應一套變流系統，如果兩臺或以上的開關磁阻發電機機組共用一套變流系統，目前尚未出現，也不太現實。

基于以上指出的多臺開關磁阻發電機機組共用一套變流系統不太現實的原因，一則風電工況下，不同機組面對的風速、轉速等會有差異，從而各自輸出功率、電壓等參量存在差異的可能；另外，根據開關磁阻發電機的電磁理論，在風電工況下往往需要進行最大功率點跟蹤(MPPT)控制，而要獲取最大功率輸出，一種控制策略就是控制輸出電壓即發電電壓動態的與運動電動勢保持平衡(或單獨降低發電電壓以使得發電階段繞組電流下降趨勢減緩或者上升，從而增強電能輸出能力)，從而繞組電流為平頂波，輸出電能的能力最大，也有利于對轉矩脈動的改善，而運動電動勢隨機組轉速而變化，不同的機組控制中自然使得各自的發電電壓因應最大功率輸出的需要而根據可能不同的運動電動勢而跟隨調整，這也造成不同機組各自輸出端的發電電壓不同，為合用一套變流系統帶來障礙。

開關磁阻發電機的勵磁電源，他勵型的穩定性好，傳統自勵型的電壓電流波動性較大，這也是造成不同機組發電電壓差異的第三因素；為了降低干擾，往往勵磁電源端施加隔離環節；一般來說，在發電輸出側，無論直接輸出給直流負載還是并入直流電網，可靠性要求下，也需要電磁隔離環節；假如能將兩臺機組變流系統結合的話，兩臺機組之間的電氣接線必然也需要隔離；基于以上所述可見，過多的變壓器使用，勢必增加了成本和損耗。

在開關磁阻發電機的MPPT和最大效率控制中，往往需要對輸出端的發電電壓或發電電流進行控制，增加了開關管數量和控制的復雜度，如果能建立在其他功能設計基礎上同時一箭雙雕完成多功能化控制，則在滿足可靠性前提下必定具有發展前景，包括變流系統的電磁隔離環節等。

發明內容

根據以上的背景技術，本發明就提出了一種兩臺開關磁阻發電機共用一套變流系統，實現高電壓輸出的結構簡單、成本低可靠性高、單變壓器，并適應各自發電電壓可調節的變流系統結構，以及全部開關管的調控方法。

本發明的技術方案為：