[发明专利]一种变速开关磁阻风力发电机最大功率跟踪控制方法

说明书

一种变速开关磁阻风力发电机最大功率跟踪控制方法，始终固定励磁阶段励磁开通角，功率变换器不采用任何斩波和PWM的开关管控制方式，运行前根据不同转速下进行试验，额定转速以下区间时记录获得最大输出功率对应的励磁关断角和励磁电压，额定转速以上区间时记录获得额定输出功率对应的励磁关断角和励磁电压，从而将各个转速下的励磁关断角和励磁电压对应编列成查询表，系统运行时根据实际转速查询得到励磁关断角和励磁电压作为跟定控制信号；该方法简单易行、损耗低，对开关磁阻发电机变速风电应用具有实际意义。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种利用开关磁阻发电机作为风力发电机的机组系统最大功率跟踪控制的方法。

背景技术

开关磁阻电机结构简单坚固，制造成本低廉，转子上无绕组、无永磁体，可靠性高，具有广阔的应用前景，作为发电机的话更是在宽速度范围内具有高性能表现的实力；基于以上特点，再考虑到当前主流的风力发电机，即双馈异步发电机和永磁同步发电机，结构和控制上都比开关磁阻电机复杂，成本也高，另外，开关磁阻发电机也可以做到直驱而省掉齿轮箱；所以，开关磁阻发电机用于变速风电系统非常具有前途。

在风电行业，风力发电机机组的最大功率点跟踪(MPPT)控制基本是标配，当引入开关磁阻发电机作为风力发电机时，自然少不了对开关磁阻风力发电机组MPPT控制的需要；目前，由于开关磁阻发电机用于风电的研究不多，实例则更少，所以开关磁阻风力发电机机组的MPPT控制研究参考较少。

开关磁阻发电机一般由2-5相绕组置于定子上，根据定转子之间凸极的相对位置决定通电的相绕组，每相绕组工作时一般分为励磁和发电两大阶段，励磁阶段为电机相绕组吸收外来励磁电源的电能储存磁能，后续根据转子相对定子位置结束励磁阶段进入发电阶段，相绕组中储存的磁能转化为电能输出。

开关磁阻发电机目前成熟的控制方式为低速电流斩波和高速角度位置控制的方式，具体控制变量有励磁电压(励磁阶段相绕组电压)、励磁电流(励磁阶段相绕组电流)、发电电压(发电输出端电压)、发电电流(发电输出电流)、输出功率、励磁开通角、励磁关断角等，电流斩波是指调节励磁阶段的励磁电流(或间接通过调节励磁电压)，角度位置控制是指对励磁阶段开始时的励磁开通角时刻的微调，以及励磁阶段结束的励磁关断角的微调；但是电流斩波方式下系统抗负载扰动能力差、电磁噪音大、效率低，如果再使用PWM方式则开关管的开关损耗大，而角度位置控制转矩脉动较大，控制方法复杂；当前国内外主流的开关磁阻风力发电机MPPT控制方法中，基本上多数采用斩波或PWM方式，结合角度位置控制也是主流，虽然单脉波模式(没有斩波或PWM)近年成为研究热点，但同时对励磁开通角和关断角进行控制则更加复杂。

发明内容

根据以上的背景技术，本发明就提出了一种固定励磁开通角、功率变换器不采用任何斩波和PWM控制方式、仅根据发电机转速反馈值从而给出励磁电压和励磁阶段关断角的控制简单的变速开关磁阻风力发电机最大功率跟踪控制方法。

本发明的技术方案为：

一种变速开关磁阻风力发电机最大功率跟踪控制方法，其技术特征是，风力机驱动开关磁阻发电机，开关磁阻发电机的四相绕组连接于功率变换器中，励磁阶段所需电源来自他励直流电源，并进入DC/DC变换器输出作为励磁电源，通过控制器控制DC/DC变换器内部各开关管，实现输出励磁电压的调节，控制器接收开关磁阻发电机转速信号，输出功率信号，根据转速信号输出励磁电压给定值给DC/DC变换器，以及输出励磁关断角信号给功率变换器中通电相绕组所在功率变换支路的开关管；

功率变换器中，四相绕组，相隔的两相绕组组成一组，从而构成两个并联的功率变换支路，进而工作中任何瞬时每个功率变换支路上最多只有一相绕组工作；

开关磁阻发电机的定子凸极极宽小于转子凸极极宽，在定转子凸极前沿重合处开通该定子凸极上所在相绕组的励磁，即固定励磁开通角值；功率变换器不采用任何斩波和PWM的开关管控制方式；