CN204361931U - 开关磁阻风力发电机输出电能变换系统 - Google Patents

Abstract

开关磁阻风力发电机输出电能变换系统，由开关磁阻发电机及其控制系统、斩波电路、电力电子开关、滤波器、逆变器组成，所述开关磁阻发电机及其控制系统的输出直流电正负端连接所述的斩波电路的输入两端，斩波电路的两个输出端的其中一端连接所述的电力电子开关，电力电子开关的另一端连接所述的滤波器的输入一端，滤波器的另一输入端连接斩波电路的没有与电力电子开关直接连接的另一输出端，滤波器输出两端连接所述的逆变器，逆变器输出连接交流电网或交流负载。本实用新型结构简单，适用于风力发电场合。

Description

开关磁阻风力发电机输出电能变换系统

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及采用开关磁阻发电机为风力发电机，开关磁阻发电机输出接口的电能变换系统。

背景技术

清洁、绿色、环保为标志的风力发电是多年来至今国内外重点发展的可再生能源发电形式。

目前风电机组主要以双馈型异步风力发电机组和直驱全功率变换型永磁同步风力发电机组为主，兼有一些鼠笼式异步风力发电机组；双馈型异步风力发电机组有较好的性价比，但对电网故障的穿越能力和支撑能力较弱，它的传动链必须要有齿轮箱，这对机组的可靠性和可维护性提出了更苛刻的要求；直驱全功率变换型永磁同步风力发电机组通过变频器并网，对电网故障的穿越能力较强，有一定的支撑电网能力，避免了齿轮箱的维护工作量，可靠性有所提高，但由于其转速很低，随着功率的增大，多极数永磁同步发电机的制造工艺复杂，技术难度大，电机体积大，造价高。

开关磁阻发电机结构简单，转子上无刷、无绕组、无永久磁体；其运行时相当于一个电流源，这样在一定转速范围内，输出端电压不会随着转速的变化而变化，这非常适合于当前主流的变速运行的风力机，可提高风能的利用效率；开关磁阻发电机可以在风力直接驱动下实现较高的发电效率，也省去了齿轮箱，使整个发电系统结构更加简洁、可靠，这也正是风力发电系统的发展趋势；而在运行过程中，开关磁阻发电机可控参数多，如开通角、关断角控制，电流斩波控制等，可方便的实现比较复杂的控制策略，灵活的控制输出直流电压和电流，也大大降低了低电压穿越的技术压力；可见，开关磁阻发电机引入风力发电领域，即可高效率实现风能的转换，结构的简洁化意味着更高的可靠性更少的维护以及更低的安装成本和设备采购成本。

近年来，关于开关磁阻发电机用于风力发电的研究和实践也有一些，重点在：高功率密度开关磁阻发电机、开关磁阻风力发电最大功率跟踪控制方法、以及开关磁阻发电机用于风力发电工况下的控制器设计等；但是，就开关磁阻发电机系统输出变换的研究或实践很少。

针对开关磁阻发电机直接输出脉动的直流电的特点，其输出接口部分的电能变换系统应与常规交流电机输出的完全不同。

发明内容

根据以上的背景技术，本实用新型提出采用开关磁阻发电机作为风力发电机的单机输出电能变换系统，结构简单可靠性高。

本实用新型的技术方案为：

开关磁阻风力发电机输出电能变换系统，由开关磁阻发电机及其控制系统1、斩波电路2、电力电子开关3、滤波器4、逆变器5组成；其技术特征在于，所述开关磁阻发电机及其控制系统1的输出直流电正负端连接所述的斩波电路2的输入两端，斩波电路2的两个输出端的其中一端连接所述的电力电子开关3，电力电子开关3的另一端连接所述的滤波器4的输入一端，滤波器4的另一输入端连接斩波电路2的没有与电力电子开关3直接连接的另一输出端，滤波器4输出两端连接所述的逆变器5，逆变器5输出连接交流电网或交流负载。

电力电子开关3为常闭开关，当开关磁阻发电机及其控制系统1或斩波电路2发生故障，或者风力过小或过大需要停止发电时，将电力电子开关3断开。

所述的斩波电路2，由第一电容器C1、第二电容器C2、第一电阻R1、第二电阻R2、升降压斩波电路201组成，其技术特征在于，所述第一电容器C1和所述第二电容器C2串联后上下分别连接来自开关磁阻发电机及其控制系统1输出的正负极，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联后上下分别连接来自开关磁阻发电机及其控制系统1输出的正负极，第一电容器C1和第二电容器C2的中间串联点与第一电阻R1和第二电阻R2的中间串联点连接，所述升降压斩波电路201输入端与以上两条串联支路并联。

所述升降压斩波电路201，是Boost斩波电路或Zeta斩波电路或Sepic斩波电路或Cuk斩波电路中的一种。

本实用新型的主要技术效果是：

本实用新型的开关磁阻风力发电机输出电能变换系统，由于开关磁阻发电机直接发出直流电，省去了整流环节，简化了结构降低了成本提高了可靠性(常规交流发电机系统输出多是交-直-交的变换过程)。

故障或其他原因需要停机时，电力电子开关3的保护作用，增加了其适应性。

升降压斩波电路201，根据内部电力电子开关器件的开关占空比的调节，可灵活改变输出直流电压值，并且相对输入来说可大可小，范围宽，这是继开关磁阻发电机本身的调节功能之后又一可调节之处，可增强系统的抗风险能力。

滤波器4的存在，能确保直流电压和电流的平稳。

附图说明

图1所示为本实用新型的开关磁阻风力发电机输出电能变换系统结构图。

图2所示为本实用新型的斩波电路2图。

具体实施方式

如图1所示为开关磁阻风力发电机输出电能变换系统结构图，开关磁阻发电机及其控制系统1完成对自身开关磁阻发电机的常规控制和最大功率点跟踪控制，斩波电路2实现一定范围内输出电压可调节，电力电子开关3的作用是在系统需停机时断开，运行时闭合导通，滤波器4对预输出的直流电进行电压和电流的滤波，逆变器5完成直流到交流的转换，并供给交流负载或电网。

图2所示斩波电路2中，第一电容器C1、第二电容器C2的作用是对开关磁阻发电机直接发出的直流电滤波、电压支撑，以及紧急情况下抑制电压冲击的作用，而第一电阻R1和第二电阻R2则起到分别平衡第一电容器C1和第二电容器C2的电压，保护这两个电容器的电压均匀、安全，同时吸收第一电容器C1和第二电容器C2多余电能的作用；第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相当高，应在百MΩ级别，因为电阻过小会引起较大的功率损耗并有过流的可能。

升降压斩波电路201可以是Boost斩波电路、Zeta斩波电路、Sepic斩波电路、Cuk斩波电路中的一种，通过各自内部电力电子开关器件的开关占空比的调节，可以调节输出电压在一定范围内变化，以利于系统的适应性。

电力电子开关3可以是IGBT，或者其他可控的电力电子器件，如晶闸管，若采用晶闸管，需设置晶闸管关断的辅助电路。

Claims (4)

1.开关磁阻风力发电机输出电能变换系统，由开关磁阻发电机及其控制系统(1)、斩波电路(2)、电力电子开关(3)、滤波器(4)、逆变器(5)组成；其技术特征在于，所述开关磁阻发电机及其控制系统(1)的输出直流电正负端连接所述的斩波电路(2)的输入两端，斩波电路(2)的两个输出端的其中一端连接所述的电力电子开关(3)，电力电子开关(3)的另一端连接所述的滤波器(4)的输入一端，滤波器(4)的另一输入端连接斩波电路(2)的没有与电力电子开关(3)直接连接的另一输出端，滤波器(4)输出两端连接所述的逆变器(5)，逆变器(5)输出连接交流电网或交流负载。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻风力发电机输出电能变换系统，其特征是，所述的电力电子开关(3)为常闭开关，当开关磁阻发电机及其控制系统(1)或斩波电路(2)发生故障，或者风力过小或过大需要停止发电时，将电力电子开关(3)断开。

3.根据权利要求1所述的开关磁阻风力发电机输出电能变换系统，其特征是，所述的斩波电路(2)，由第一电容器(C1)、第二电容器(C2)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、升降压斩波电路(201)组成，其技术特征在于，所述第一电容器(C1)和所述第二电容器(C2)串联后上下分别连接来自开关磁阻发电机及其控制系统(1)输出的正负极，所述第一电阻(R1)和所述第二电阻(R2)串联后上下分别连接来自开关磁阻发电机及其控制系统(1)输出的正负极，第一电容器(C1)和第二电容器(C2)的中间串联点与第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的中间串联点连接，所述升降压斩波电路(201)输入端与以上两条串联支路并联。

4.根据权利要求3所述的开关磁阻风力发电机输出电能变换系统，其特征是，所述升降压斩波电路(201)是Boost斩波电路或Zeta斩波电路或Sepic斩波电路或Cuk斩波电路中的一种。