开关磁阻风力发电机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种开关磁阻发电机作为风力发电机的控制
目.0
【背景技术】
[0002]开关磁阻发电机作为风力发电机，目前在国内外已经开始有所涉及。
[0003]从励磁方式角度对开关磁阻发电机分类，有自励和他励两种，他励方式输出发电电压相对波动小，较稳定，但依靠外部专门的直流电源，增加了日常维护的成本；自励方式下，励磁电源来自发电电压输出端，但传统自励方式下因励磁电源和发电电源耦合，加之励磁电流在发电机运行时的时有时无，波动大，从而也影响到发电机的输出发电电压和电流波动较大，电能质量低。
[0004]目前，风力发电与传统的火力发电、水力发电及核能发电等主要的发电形式相比，发电成本高，年利用小时数低，具体表现为在风速低于或高于一定值后，发电系统必需停机，如果能拓宽风力发电系统的发电宽度，进而可提高发电效益。
[0005]开关磁阻风力发电机自励方式下，当风速较高并且发电机转速较高时，因绕组电动势明显高于发电电压而使得发电电流较高，进一步促进发电电压的升高，并且如果此时输电网络耗电量也比较低，发电端输出电容器无法吸收过多电能，从而被迫暂停发电机组的工作；如果采取一定措施，吸收发电电容器的多余电能为开关磁阻发电机励磁所用，同时又降低发电电压值并使其稳定。
【发明内容】
[0006]根据以上的【背景技术】，本发明提出了一种开关磁阻风力发电机的控制系统，采用自励方式，但励磁电压与发电电压解耦，发电机低速时利用升降压斩波电路保证有足够的励磁电压，高速时吸收多余电能进入励磁环节，并保持发电电压稳定；该系统能拓宽发电范围、提尚发电效率和效益。
[0007]本发明的技术方案为:
[0008]一种开关磁阻风力发电机控制系统，包括风力机、开关磁阻发电机、功率变换器主电路、升降压DC/DC变换器、放电与回馈主电路、控制器、风速仪；其特征是，所述的风力机连接所述的开关磁阻发电机，开关磁阻发电机中的各相绕组与所述功率变换器主电路连接并受其控制，功率变换器主电路输出连接所述的升降压DC/DC变换器，升降压DC/DC变换器的输出连接所述的放电与回馈主电路，放电与回馈主电路也连接功率变换器主电路，所述的控制器与开关磁阻发电机、功率变换器主电路、升降压DC/DC变换器、放电与回馈主电路、风速仪连接。
[0009]所述的风力机为可变桨结构。
[0010]所述的开关磁阻发电机可变速运行。
[0011]所述的功率变换器主电路包括数条励磁与发电支路、发电电容器、母线开关管、起始励磁电源支路；所述的数条励磁与发电支路为两条到五条之间，即对应开关磁阻发电机的相绕组数为两相到五相之间，每条励磁与发电支路有三个端子，最下端为功率变换器主电路的地端，向上连接励磁开关管，所述励磁开关管的正端即上端分出两条支路分别连接开关磁阻发电机的一相绕组和发电电力二极管，所述的相绕组另一端连接续流开关管，并作为发电输出的母线负端同时是所述发电电容器的负极，所述续流开关管的另一端即正端连接所述的发电电力二极管另一端即负端，同时连接到功率变换器主电路发电输出正端母线上，数条励磁与发电支路并联后输出；输出正端母线上连接所述的母线开关管一端，母线开关管另一端即负端连接所述的发电电容器正极并输出，发电电容器两端电压即为发电电压，输出给负载；所述的起始励磁电源支路上下分别接发电电压负极和功率变换器主电路的地端，由一支励磁电力二极管和起动蓄电池串联组成，所述起动蓄电池极性为上正下负，所述励磁电力二极管为下正上负。
[0012]所述升降压DC/DC变换器的输入两端分别连接所述发电电容器的两端，作为升降压DC/DC变换器的输入，升降压DC/DC变换器由DC/AC/DC变换器、Cuk斩波电路、单向电力二极管组成；所述DC/AC/DC变换器的输入两端即为升降压DC/DC变换器的输入两端，DC/AC/DC变换器由逆变电路、隔离变压器、整流电路组成；它的输出作为所述Cuk斩波电路的输入，Cuk斩波电路输出两端中的正极端先串联所述的单向电力二极管后作为升降压DC/DC变换器的输出正极端与Cuk斩波电路即升降压DC/DC变换器的输出负极端一起连接所述的放电与回馈主电路，单向电力二极管的正端接Cuk斩波电路的输出正极端。
[0013]所述的放电与回馈主电路由放电开关管、储能电抗器、回馈电力二极管、储能电容器、储能开关管组成；所述的放电开关管正端连接功率变换器主电路的输出母线正端并经母线开关管连接发电电容器正极，放电开关管另一端连接所述储能电抗器和所述回馈电力二极管的负端，储能电抗器另一端连接功率变换器主电路输出母线负端即与发电电容器负极连接，同时与所述的储能电容器正极和升降压DC/DC变换器的输出正极端连接，储能电容器的另一端即负极端串联所述的储能开关管，储能开关管的另一端即负端与回馈电力二极管的正端连接并一起与功率变换器主电路的地端及升降压DC/DC变换器的输出负极端连接。
[0014]本发明所述开关磁阻风力发电机控制系统，技术效果主要有:
[0015]1、虽然为自励励磁方式，但并没有传统自励方式下发电电压和电流波动大的缺点，通过对升降压DC/DC变换器的控制实现了励磁电压和发电电压解耦，从而提高了系统发电电压的稳定性。
[0016]2、提高了发电宽度，在升降压DC/DC变换器、放电与回馈主电路及一定的控制方式下，能适应在一定范围内极低和极高风速下系统的正常工作发电；因为在极低转速时，虽然发电电压较低，但经过升降压DC/DC变换器的升压作用，能保证后续励磁电压即励磁电流不降低，从而使得极低风速及极低发电机转速下获得满足要求的发电电压；在高风速及高转速时，发电电容器可能因发电电流的持续增加、发电电压持续走高，超出输出端电网或负载的电压限制，此时采用放电与回馈主电路，实现多余电量的释放，降低发电电压回到正常范围，从而能稳定发电电压，提高系统的发电宽度和效益。
[0017]3、发电与回馈主电路的设置，除如上所述能释放输出发电电能使得发电电压平稳及适应更高速工况外，因其释放的电能用于发电机的励磁，所以也提高了系统的发电效率。
【附图说明】
[0018]图1所示为本发明的系统结构图。
[0019]图2所示为本发明的功率电路结构图。
【具体实施方式】
[0020]图1为本发明的开关磁阻风力发电机系统结构图，风力机I为可变桨变速风力机，风力机I带有增速器，增速后与开关磁阻发电机2转子同轴连接，本实施例的开关磁阻发电机2为四相绕组(分别如图2所示的A、B、C、D)，功率变换器主电路3与开关磁阻发电机2中各相绕组连接；控制器6以高速DSP为核心处理器，它接收风速仪7的风速信号，开关磁阻发电机2的转子位置和转速信号，功率变换器主电路3中的开关磁阻发电机2的各相绕组支路电流信号和母线电流、输出的发电电压信号，升降压DC/DC变换器4的输出电压信号，放电与回馈主电路5的储能电容器C2的电压信号，控制器6综合处理这些信号，输出给全部开关管即IGBT的驱动控制信号，再通过控制器6中各开关管的驱动电路输出控制相应的IGBT开关管。
[0021]如图2所示为功率变换器主电路3、升降压DC/DC变换器4、放电与回馈主电路5三者的功率电路具体连接图；功率变换器主电路3包括四条励磁与发电支路(301、302、303、304)、发电电容器Cl、母线开关管V1、起始励磁电源支路305，每条励磁与发电支路有三个端子，最下端为功率变换器主电路的地端，向上连接励磁开关管(V2、V4、V6、V8)，各励磁开关管的正端即上端分出两条支路分别连接开关磁阻发电机2的一相绕组(A、B、C、D)和发电电力二极管(D1、D2、D3、D4)，各相绕组另一端连接续流开关管(V3、V5、V7、V9)，并作为发电输出的母线负端同时是发电电容器Cl的负极，各续流开关管(V3、V5、V7、V9)的另一端即正端连接相应发电电力二极管(D1、D2、D3、D4)另一端即负端，同时连接到功率变换器主电路3发电输出正端母线上，四条励磁与发电支路并联后输出；输出正端母线上连接母线开关管Vl正端，母线开关管Vl另一端即负端连接发电电容器Cl正极并输出，发电电容器Cl两端电压即为发电电压，输出给负载；起始励磁电源支路305上下分别接发电电压负极和功率变换器主电路3的地端，由一支励磁电力二极管D5和起动蓄电池X串联组成，起动蓄电池X极性为上正下负，励磁电力二极管D5为下正上负，励磁电力二极管D5的作用为防止起始励磁电源支路305有反向电流，并保护起动蓄电池X。
[0022]升降压DC/DC变换器4由DC/AC/DC变换器401、Cuk斩波电路402、单向电力二极管D6组成；DC/AC/DC变换器401首先把发电电容器Cl侧输出的发电电压直流电逆变为高频交流，经隔离变压器后再整流输出给Cuk斩波电路402，隔离变压器主要起到隔离作用，同时经高频交流整流后的直流电质量较高；Cuk斩波电路402含有IGBT开关管，通过对其占空比的调节可改变输出直流电压大小，Cuk斩波电路402输出两端中的正极端串联的单向电力二极管D6的作用是保证电流的单向性，防止放