[发明专利]开关磁阻风力发电机控制系统及控制方法

摘要

开关磁阻风力发电机控制系统及控制方法，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；风力机连接开关磁阻发电机，开关磁阻发电机与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升降压DC/DC变换器和放电与回馈主电路，升降压DC/DC变换器的输出连接放电与回馈主电路，控制器与除风力机外的全部连接；控制方法在自励方式基础上，励磁电压与发电电压解耦，发电系统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；该系统及方法能拓宽发电范围、提高发电效率和效益。

主权项

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；风力机为可变桨结构；开关磁阻发电机可变速运行；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；发电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；升降压DC/DC变换器的输入两端分别连接发电电容器的两端，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；DC/AC/DC变换器的输出作为所述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；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；母线开关管，及全部励磁开关管、续流开关管、放电开关管、储能开关管均为IGBT；控制器以高性能DSP为核心，接收风速仪的风速信号，开关磁阻发电机转子位置和转速信号，功率变换器主电路中的各相绕组支路电流信号和母线电流、发电电压信号，升降压DC/DC变换器的输出电压信号，放电和回馈主电路的储能电容器电压信号，输出控制母线开关管、各励磁开关管、续流开关管、放电开关管、储能开关管。