一种开关磁阻风力发电机功率变换器系统的制作方法_2

文档序号:9670357阅读:来源:国知局
变换主电路(1)的发电输出端、变励磁电压主 电路(3)的输出端负极,第八开关管(V8)的正端连接功率变换主电路(I)输出端正极。
[0012] 所述的全部开关管为IGBT。
[0013] 所述一种开关磁阻风力发电机功率变换器系统工作期间控制方法为: 启励电源主电路(2)在开关磁阻风力发电机启动时,W及运行中启励电源主电路(2) 输出电压即蓄电池狂)电压大于变励磁电压主电路(3)的输出端电压即励磁电压时工作, 向开关磁阻风力发电机绕组励磁供电; 变励磁电压主电路(3),通过对第屯开关管(V7)占空比的调节,改变变励磁电压主电 路(3)输出的励磁电压值; 变发电电压主电路(4),用于降低功率变换主电路(1)输出电压即发电电压值,当第八 开关管(V8)闭合导通,电感(L)吸收电能储存为磁能,待第八开关管(V8)断开后,电感化) 中的磁能转为电能经第九二极管值9)向电阻(R)释放; 系统在运行中,固定励磁阶段开始时的开通角,只有励磁和发电两阶段运行时固定发 电阶段的开通和关断角度,根据开关磁阻风力发电机的转速人为分为=个转速区,分别为 低速区、中速区、高速区,在全速范围内,施行最佳叶尖速比,如下为各速区的运行方案: 在低速区,变励磁电压主电路(3)运行于升压状态,通过第屯开关管(V7)的占空比调 节实现增加励磁阶段的励磁电流,转速与第屯开关管(V7)占空比呈反比关系,转速低至最 低限定值时等于相应第屯开关管(V7)的占空比达最高限定值0.8;变发电电压主电路(4) 的第八开关管(V8)在进入相应绕组发电阶段时闭合,此时第一电容器(Cl)中的电能转移 至IJ电感(L)中储存为磁能,第一电容器(Cl)两端即发电电压下降,发电阶段的绕组电流上 升,到发电阶段结束时间第八开关管(V8)断开,电感(L)中的储能经第九二极管值9)释放 给电阻(R)消耗掉,下一发电阶段继续给与变发电电压主电路(4)投入如上的工作模式;此 夕F,在励磁阶段与发电阶段之间,各占用励磁和发电两阶段的四分之一角度,增加一个续流 阶段,在励磁阶段结束时,原本应断开的上下两个开关管,只有上开关管断开,此时绕组将 与未断开下开关管、并联的二极管形成回路续流,到规定结束关断角度时即发电阶段开始 角度时间时关断下开关管; 在中速区,即额定转速至额定转速的70%转速范围内,分为励磁和发电两个阶段,变发 电电压主电路(4)不工作,变励磁电压主电路(3)根据是否达额定发电电压和发电电流即 额定输出功率值来决定是否调节第屯开关管(V7)的占空比,低于额定输出功率时增大第 屯开关管(V7)的占空比,直至输出功率达到额定值,反之减小第屯开关管(V7)的占空比; 在高速区,分为励磁和发电两个阶段,当发电电压检测值超过额定值的15%时,变发电 电压主电路(4)投入工作,发电电压降至额定值的105%W内时停止工作;若根据发电电流 检测值超过额定值的10%时,则依靠变励磁电压主电路(3)中第屯开关管(V7)的调节,减 小其占空比,输出励磁电压降低,待发电电流降至额定值的105%W内后停止调节第屯开关 管(V7)。
[0014] 本发明的技术效果主要有:
[0015] 对于开关磁阻风力发电机来说,其运行时,同一绕组先励磁再发电,或低速时中间 再增加一续流阶段,运几个阶段分时进行,并且发电阶段电流无法直接控制,通过对励磁及 续流阶段的绕组电流的控制直接控制发电阶段开始时候的绕组电流,从而间接影响其发电 电流,而励磁电压可对励磁阶段电流直接产生影响,所W,通过本发明的与发电电压解禪的 独立可调的变励磁电压主电路(3),可根据需要对励磁电压进行调节给定; 在进入发电阶段时,如果发电机的绕组运动电动势小于发电电压,则在发电阶段发电 电流是呈现下降趋势的,如果发电机的绕组运动电动势大于发电电压,则发电阶段电流呈 现上升趋势,影响运动电动势的因素在实际运行中主要是速度和此时绕组电流,一般来说 发电机应运行于最佳叶尖速比,所W发电机转速要与风速对应,运样,要想改变运动电动势 与发电电压的大小关系从而获得所需的发电电流波形,则通过临时改变运动电动势不太现 实,而如果能有改变发电电压的措施,譬如本发明通过变发电电压主电路(4)可对发电电 压进行调整,尤其在运动电动势低于发电电压时,发电阶段电流下降,不利于发电机效率和 输出功率的增加,则此时利用变发电电压主电路(4)降低发电电压,使得运动电动势等于 或高于发电电压,从而发电电流维持或增大,满足更多功率输出的需求,同时,如果控制发 电电压与运动电动势值接近,则输出的发电电流比较平稳,还利于转矩脉动的抑制。
[0016] 历史上几乎所有风力发电机种类出现后,都会有一段相当长的时间进行最大功率 输出控制研究,开关磁阻风力发电机也不例外,尤其在额定风速W下区间,如何尽量提高功 率输出能力的问题,本发明首先考虑采用降低发电电压和提高励磁输出电压的两种方式双 管齐下,再进一步的,可在励磁阶段结束后,不直接进入发电阶段,而是仅断开功率变换主 电路(1)中的控制该励磁刚结束的绕组的上开关管,而由绕组、二极管、未断开的下开关管 =者构成一个流通回路,所谓增加了一个续流阶段,因此时绕组不受外电压,电流必然会上 升,从而在发电阶段开始时绕组电流进一步增加了,如果续流及励磁阶段时间分配合理,运 时候的低速运行中的功率输出可增大。
【附图说明】
[0017] 附图1所示为本发明的开关磁阻风力发电机功率变换器主电路图。 图中:1、功率变换主电路,2、启励电源主电路,3、变励磁电压主电路,4、变发电电压主 电路。
【具体实施方式】
[001引如附图1所示,根据开关磁阻发电机结构,设定子极弧角为0 ,,步距角为0 ,t。。,其 电感重叠系数为:
[0020] 式(1)中,若町《0,相邻两相的电感上升区无重叠,合成电磁转矩将不连续,产生 更大的转矩脉动,因此,实际的开关磁阻发电机在0 <町< 0. 5范围内,本实施例的开关磁 阻风力发电机取町=0. 35,在此区间内的KJ直,正好有相邻的两相绕组可同时工作,只不 过并不是同向同时开始和结束,具体结合转子位置情况,对于四相绕组开关磁阻发电机,第 一绕组A和第S绕组C一组,第二绕组B和第四绕组D-组,从而可实现AB/BC/CD/DA同时 工作,而避免了同一组内的两相绕组同时工作,运就是附图所示功率变换主电路1的结构 原因。
[0021] 开关角经电机设计阶段及结合运行工况后优化固定,在系统起始工作时,首先由 蓄电池X工作,经第屯二极管D7作为励磁电源;根据转子位置信号,假设第一绕组A可工 作,贝Ij第一开关管Vl和第二开关管V2闭合,先由蓄电池X供电,励磁结束后第一开关管Vl和第二开关管V2断开,经第一二极管Dl和第二二极管D2续流发电;在第一绕组A工作期 间,检测到第二绕组B或第四绕组D到达可W工作即励磁开始角度时,相应开关管闭合励 磁,假设是第二
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