CN204408234U - 海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统 - Google Patents
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Abstract
海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统，由开关磁阻风力机、功率变换器、DC/DC变换器、系统控制器组成；开关磁阻风力机与功率变换器互连，功率变换器连接DC/DC变换器，DC/DC变换器输出并与其他开关磁阻风力发电机功率变换器系统的DC/DC变换器输出串联或并联后经直流海底电缆输出电能到岸上，系统控制器与功率变换器互连，并与DC/DC变换器连接，开关磁阻风力机也连接系统控制器；该系统实现四相开关磁阻发电机的两相绕组同时工作，励磁电压可调，输出直流电压升压可调等功能，提高了功率密度和可控灵活性，适宜于海上大型风电场领域。
Description
技术领域
本发明涉及海上风力发电领域，具体涉及海上风电场大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统。
背景技术
相对陆地风能，海上风能的优点是风速更高、风力更持续，在我国，开放性海域的风速平均比陆地风速要高30％-40％，近海区域要高15％-20％，用于发电能够多发50％-70％的电能。
虽然人们对风电的开发已有五十年之久，但主要集中在陆地上，建设大型海上风电场的经验比较缺乏；海上风电的主要缺点是在海水中建设塔架和平台(海上变电站)以及发电机组安装等成本颇高，维护运行的成本也远高于陆地，从而对风电机组及其电力传输的高效、稳定、可靠要求更高，同时在变流、输电等多项技术上也有着不同的特点和要求。
鉴于海上风电开发成本远高于陆地，降低成本在海上风电发展初期就成为要面临的重要现实问题，虽然选用更大功率的发电机组能节省单位功率投资额，但风电系统越来越大的体积和重量使得安装成本持续上升；简化结构是一个方向，如采用直驱型的永磁同步发电机组，省去了齿轮箱，但永磁同步发电机的制造工艺复杂，造价高，海上安装成本更高，同时随着机组容量的不断增大，配套的大功率变频器价格昂贵更增加了其使用成本，高性能的永磁材料的应用也使得发电机本身的价格昂贵。
开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator，简称：SRG)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；更重要的是它直接发出为直流电，适应了当前海上风电以高效的直流方式进行电力传输趋势的需要，省去了整流环节；由于这些特性，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，从而省去了齿轮箱，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，如开关角控制、电流斩波控制、PWM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海上风电，完全符合安装困难、成本高、维护保养困难的海上风电发展的需要，即高效率的实现风能的转换，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。
关于大型开关磁阻发电机用于大型风力发电场的研究和实践至今已有一些，其中，专利：CN 102223034 B，大型直驱开关磁阻风力发电机及其机组系统，2013.04.10，提出了一种内外双定子结构的开关磁阻发电机，提高了开关磁阻发电机的功率密度，这是一个重要的方向，即单位功率下的重量和体积减小，或者说单位重量或体积下的功率增大，非常适合于海上风电发展的需要。
国内外研究表明，采用高压直流(High-Voltage Direct Current，简称：HVDC)的方式传输电力对于海上风电最为方便经济，但是，如果采用传统的双馈异步或者永磁同步交流发电机，大多要通过每台交流发电机组连接的交流变压器先升压至中压，然后集中到海上变电站转换成直流输送，由岸上变电站的逆变器逆变后连接交流电网；其结构复杂，电能需要经过多次交流和直流之间的转换；而开关磁阻发电机直接发出直流电，至少省去了一个整流环节。
如前所述，既然传统海上风电场海上变电站的存在增加了其成本，可否省去海上变电站呢？这方面国内外近年来也有诸多研究：1、Amir Parastar，Jul-Ki Seok.High-Power-Density Power Conversion Systems for HVDC-Connected Offshore Wind Farms[J].Journal of Power Electronics，2013，13(5)：737-745.2、N.Holtsmark，H.J.Bahirat，M.Molinas，et al.An all-DC offshore wind farm with series-connected turbines：An alternative to the classical parallel AC model.IEEE Trans.Ind.Electron，2013，60(6)：2420-2428.3、Thanh Hai Nguyen，Dong-Choon Lee，Chan-Ki Kim.A Series-Connected Topology of a Diode Rectifier and a Voltage-Source Converter for an HVDC Transmission System[J].IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS，2014，29(4)：1579-1584. 4、Etienne Veilleux，Peter W.Lehn.Interconnection of Direct-Drive Wind Turbines Using a Series-Connected DC Grid[J].IEEE TRANSACTIONS SUSTAINABLE ENERGY，2014，5(1)：139-147.5、李响，韩民晓.，海上风电串联多端VSC-HVDC协调控制策略[J].电工技术学报，2013，28(5)：42-48，57.等，它们聚焦于直流风电场拓扑结构及其控制方面的研究和实践，风场所有机组串并联后获得直流高电压传输到岸上变电站，但是，它们大多针对永磁同步发电机。
开关磁阻发电机由于其直接输出脉动的直流电的特点，完全不同于其他主流风力发电机，所以其功率变换器部分亦多有不同，在开关磁阻发电机功率变换器的研究和实践方面，大多针对中小功率等级的功率变换器，但也具有一定的借鉴意义，目前开关磁阻发电机的功率变换器主电路大多采用不对称半桥式结构，但其结构较为复杂，所用电气元件过多，文献：彭寒梅，易灵芝等.开关磁阻发电机他励模式下的简易功率变换器控制[J].太阳能学报，2012，33(8).提出了一种简易结构的功率变换器主电路结构，具有重要的实用价值，但是，它只能任何瞬时保证一相绕组工作。
开关磁阻发电机工作过程中分为励磁和发电两个阶段，并且是分时进行，励磁方式又分为他励和自励方式，鉴于提高励磁电压有利于提高后续续流发电时的绕组电流进而提高输出功率，一改传统的励磁电压不能在线调节的问题，近年来出现了一些可以根据控制系统需求在线调整励磁输入电压的新型的功率变换器励磁部分电路结构，如：1、彭寒梅，易灵芝等.基于Buck变换器的开关磁阻发电机新型励磁模式[J].太阳能学报，2012，，33(3).2、段丽华.基于变发电电压功率变换器的海上钻井平台风力发电系统硬件结构的研究[J].船电技术，2012，32(2).有力的促进了开关磁阻发电机功率变换器系统的发展；但是，他们普遍针对中小功率的场合下。
此外，如上这些对开关磁阻发电机的功率变换器系统的研究和实践中，均假设开关磁阻发电机任何瞬时只有一相绕组通电的情况，而开关磁阻电动机的研究和实践中，已出现多相绕组开关磁阻电动机的双相绕组同时通电运行的范例，有利的降低了电参量的波动即转矩脉动，以及提高了功率密度，那么，工作原理与之不同的开关磁阻发电机是否也能双相绕组同时工作并提高其性能呢？
发明内容
根据以上的背景技术，本发明提出了一种满足同时有两相绕组通电的四相绕组大功率开关磁阻发电机用功率变换器主电路，励磁电压可调，输出经DC/DC变换器升压可调的系统，结构简单维护简便，两相绕组配合以合适的控制方式能提高其输出功率，增大其功率密度并减小电压电流脉动，促进海上风电发展中降低成本、提高投资回报率的要求。
本发明的技术方案为：
海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统，由开关磁阻风力机1、功率变换器2、DC/DC变换器3、系统控制器4组成，其特征在于，所述开关磁阻风力机1与所述功率变换器2互连，功率变换器2连接所述的DC/DC变换器3，DC/DC变换器3输出并与其他开关磁阻风力发电机功率变换器系统的DC/DC变换器3输出串联或并联后经直流海底电缆输出电能到岸上，所述的系统控制器4与功率变换器2互连，并与DC/DC变换器3连接，开关磁阻风力机1也连接系统控制器4。
所述的开关磁阻风力机1由风力机、MW级大型四相绕组及定子40极和转子30极的开关磁阻发电机、检测装置组成，其中，所述风力机和所述MW级大型四相绕组及定子40极和转子30极的开关磁阻发电机之间同轴直驱，检测装置主要有风速传感器、风力机转速和开关磁阻电机转子位置传感器。
所述的功率变换器2，核心是功率变换器主电路，由发电电源部分201和励磁电源部分202组成；发电电源部分201由六个电力电子开关管V1-V6、六个电力二极管D1-D6、第一电解电容器C1组成，从上到下第一电力二极管D1与第二电力电子开关管V2串联，二者正端连接，从上到下第一电力电子开关管V1与第二电力二极管D2串联，二者负端连接，从上到下第三电力二极管D3和第三电力电子开关管V3串联，二者正端连接，以上三组串联支路中，最前和最后两条支路同极性并联连接，中间串联支路下端即第二电力二极管D2正端与前述两条并联支路下方即第二电力电子开关管V2和第三电力电子开关管V3的负端连接，三条支路间，第一条和第二条的中间接点处连接开关磁阻发电机的第一相绕组A，第二条和第三条的中间接点处连接开关磁阻发电机的第三相绕组C，以上为第一相绕组A和第三相绕组C连接的主电路部分； 第二相绕组B和第四相绕组D的接法和前者一样，使用第四到第六电力电子开关管V4-V6、第四到第六电力二极管D4-D6构成，这部分主电路与前者A、C两相绕组的主电路同极端并联连接，同时，各自的中间的串联支路即第一电力电子开关管V1和第四电力电子开关管V4的正端连接，第一电解电容器C1跨接在第六二极管D6和第六电力电子开关管V6串联支路两端后输出给DC/DC变换器3，此处的输出也是励磁电源部分202的输入，因此，励磁电源部分202的电能来自于开关磁阻发电机经功率变换器发电电源部分201主电路输出的电能，利用具备隔离、变压、适应较大功率等级的正激电路作为励磁电源部分202的主电路，其由三绕组的第一变压器T1、第八电力二极管D8、第九电力二极管D9、第十电力二极管D10、第二电解电容器C2、第三电解电容器C3、第一电抗器L1、第七电力电子开关管V7组成，第七电力电子开关管V7的占空比与该励磁电源部分202主电路即正激电路输出电压成正比，该励磁电源部分202输出的正极性端接前述第一电力电子开关管V1和第四电力电子开关管V4的正端，负极性端接前述功率变换器发电电源部分201主电路的负极性端；另外，还有第七电力二极管D7与蓄电池X同极串联的支路，第七电力二极管D7负端与励磁电源部分202输出的正极性端即第一电力电子开关管V1和第四电力电子开关管V4的正端连接，蓄电池X负极端与励磁电源部分202输出的负极性端即发电电源部分201负极性端连接；蓄电池X的电压需明显小于励磁电源部分202输出电压，仅在本发明所述系统工作起始时作为相绕组初始励磁电源所用。
所述的DC/DC变换器3，采用直-交-直变换结构，中间交流区为高频升压的第二变压器T2，输入侧由第四电解电容器C4、四个电力电子开关管V8-V11组成，第四电解电容器C4跨接在输入两极间，随后四个电力电子开关管V8-V11构成桥式逆变电路，输出交流电接高频升压的第二变压器T2的输入两端，第二变压器T2的输出接由四个电力电子开关管V12-V15组成的桥式整流电路，整流输出的两端中正极性线上串接第二电抗器L2，随后的正负两端跨接第五电解电容器C5然后输出电能。
所述系统控制器4以高性能DSP为核心芯片，综合处理风速、开关磁阻发电机转子位置、相绕组电压电流信号、风电场直流母线电压电流信号及控制需求信号，并产生驱动信息给功率变换器2和DC/DC变换器3中的各电力电子开关管。
所述的MW级大型四相绕组及定子40极和转子30极的开关磁阻发电机，其内外定子40极即有40套绕组，每套绕组分为相对的内定子和外定子绕组并串联，每10套绕组串联为一相，各套绕组沿发电机圆周均匀对称分布；所述的第一相绕组A与第二相绕组B和第四相绕组D相邻，第三相绕组C与第二相绕组B和第四相绕组D相邻；开关磁阻发电机运行时，通过各电力电子开关管V1-V8和电力二极管D1-D8的开关作用，控制任何瞬时都有四相绕组中的两相绕组中存在电流，并且按照AB→BC→CD→DA→AB的顺序循环，每次行进角度为3°，每相绕组分为先励磁后发电各占3°即工作角度为6°；具体为：第一相绕组A储存的磁能经第一电力二极管D1和第二电力二极管D2组成的支路续流发电，此时第四电力电子开关管V4和第五电力电子开关管V5闭合状态，则第二相绕组B通过功率变换器2主电路的励磁电源部分202主电路供电励磁，即AB阶段；转子转过3°后第一相绕组A电流降至零，同时第四电力电子开关管V4和第五电力电子开关管V5断开使得第二相绕组B进入发电阶段由第四电力二极管D4和第五电力二极管D5续流，并且第一电力电子开关管V1和第三电力电子开关管V3闭合第三相绕组C进入励磁阶段，即进入BC阶段；接下来是相应的CD，然后DA，然后再往复AB阶段，如此反复；所有绕组励磁所需电能来源均相同。
以上所述全部电力电子开关管均为IGBT。
本发明的技术效果主要有：
功率变换器2主电路的结构，可实现两相绕组同时工作：
1、囚一相绕组励磁时另一相绕组发电，实时都有绕组发电输出，从而增大了输出电压和电流的平均值，提高了发电机的功率密度；
2、相比不对称半桥式主电路节省了电气元件数量，这在大功率场合也是非常可观的；
3、发电输出连续平稳，降低了传统单相绕组工作模式下因励磁时无发电电能输出产生的较大的电 压和电流脉动量；由于属于直驱开关磁阻风力发电机，转速较低，单相绕组工作模式电量脉动非常明显，也为滤波带来较大压力，所以两相绕组同时交替励磁和发电保证发电回路的电压电流较为平稳利于滤波，这点也颇具意义。
正激电路的使用，提高了励磁电压的可控性，为提高输出功率进一步作出贡献，并且采用这种半自励磁方式，相对单纯他励方式，无需专用大功率蓄电池的配备，也降低了维护成本；相对单纯自励方式，抑制了主电路输出过大的电压和电流脉动问题；另外，相对已有的采用非隔离型的斩波电路作为调节励磁电压的模式，更利于系统的保护。
DC/DC变换器3的逆变和整流侧，各电力电子开关管均为IGBT，增强了可控性灵活性，在应对电网侧故障时更显从容，所用高频变压器减小了体积重量，安装到各自风电机组的塔架内即可容纳，升压后达到数千伏或数十千伏直流电压，再经风场中各机组间的串并联形成更高的电压，然后经海底电缆连接岸上变电站，省去了海上变电站的设置；如果是近海风电场，则各个机组经DC/DC变换器3输出直接并联将数千伏或数十干伏的直流电经海底电缆连接到岸上也是一种选择；距离岸上越远，所需串联机组数越多，因线路越长所需电压越高。
附图说明
图1所示为本发明的简易结构图。
图2所示为本发明的开关磁阻发电机剖面图。
图3所示为本发明的开关磁阻发电机定子绕组电感与转子位置角关系图。
图4所示为本发明的功率变换器主电路图。
图5所示为本发明的DC/DC变换器主电路图。
图中：1、开关磁阻风力机，2、功率变换器，3、DC/DC变换器，4、系统控制器，5、外定子凸极，6、外定子绕组，7、转子，8、内定子凸极，9、内定子绕组。
具体实施方式
附图1为本发明的结构简图，开关磁阻风力机1包含风力机、MW级大型四相绕组及定子40极和转子30极的开关磁阻发电机、检测装置，其中，风力机和开关磁阻发电机之间同轴直驱，检测装置主要有风速传感器、风力机转速和开关磁阻电机转子位置传感器。
图2为本发明所用开关磁阻发电机的剖面图，有内外双定子，外定子凸极5和内定子凸极8沿各自内、外圆周各有均布的40个，每个凸极上环绕安装有绕组，即外定子绕组6和内定子绕组9，任一径向同位置的内外定子极的绕组串联，并且沿圆周均匀对称分布的10个这样的极串联到一起组成一相绕组，40极则组成四相绕组，按相邻顺序分别为A、B、C、D相绕组，所有定子凸极和凹槽所占角度相等；转子7沿其内外相对外定子和内定子间均由凸极和凹槽组成，均布为30个凸极，内外凸极宽度即角度相等。
根据图2所示的定转子结构情况，图3绘制出了某定转子相对位置不同时，定子绕组电感的变化情况，横坐标为角度θ，纵坐标为电子绕组电感L，坐标原点为定子凸极与转子凹槽各自中心线重合位置即0度点，此时电感为最小值Lmin，随着转子移动，在电感上升时，若此时对应定子绕组中通以电流，此为开关磁阻电动机产生正向电动力矩的区域，待到如图3所示的6°是达到电感最大值Lmax，从此处到12°所示的区间，尤其是在中间电感下降区域，通以电流时则会产生反向转矩，如果此时借助外力主动旋转开关磁阻电机的转子，则会首先产生磁能储存于感性绕组中，并随着适宜的路线续流输出电能，达到发电输出的作用，但在6°位置时，需首先主动通以励磁电流建立反向转矩，然后随着外力主动旋转才会有后续的磁能储存与续流输出的实现，所以，一般来说，在如图3所示的6°左右时通过外部电源通以励磁电流，待到 9°左右时关闭励磁电源，并提供该绕组续流通路，即发电输出，把已经由机械能转化的磁能转化为电能输出，实现发电，励磁电流要小于发电输出电流，否则该开关磁阻发电机将停止工作。
紧接着，图4所示的功率变换器2主电路则是具体实现对相绕组的励磁和发电的电路，特别是，该功率变换器主电路能实现同时两相绕组工作，以及半自励励磁，下面具体详述实施例如下：
如图4所示，在系统起始工作时，首先由蓄电池X工作，经第七电力二极管D7作为励磁电源，假设起始阶段根据定转子位置，第二相绕组B所在定子凸极与转子凸极中心线重合，则控制第二相绕组B励磁的第四电力电子开关管V4和第五电力电子开关管V5闭合励磁，蓄电池X电压建立第二相绕组B的励磁电流并增大；旋转经过3°左右后，关断第四电力电子开关管V4和第五电力电子开关管V5，则此时第二相绕组B中储存的磁能将沿着第四电力二极管D4和第五电力二极管D5续流并输出电能，注意此时，根据转子转向，其相邻的第一相绕组A或第三相绕组C出现相应其定子凸极与转子凸极中心线重合的位置，假设为第三相绕组C，此时根据图4所示结构，完全可闭合第一电力电子开关管V1和第三电力电子开关管V3给第三相绕组C励磁，也就是说，在此后的大约旋转的3°范围内，是第二相绕组B续流发电和第三相绕组C励磁这两套绕组同时工作；由于这之后已经建立了输出电压，并由第一电解电容器C1支撑，其电压值在满足风力机一定速度下应明显大于蓄电池X的电压，因第七电力二极管D7的作用，这之后蓄电池将停止供电工作；如上BC绕组同时工作3°左右之后，第二相绕组B中发电电流必须控制其停止以防止进入耗能的电动状态，此时控制第三相绕组C励磁的第一电力电子开关管V1和第三电力电子开关管V3断开而由第二电力二极管D2和第三电力二极管D3续流发电，同时第四相绕组D所在定子凸极与转子凸极中心线重合具备了励磁条件，所以第三相绕组C励磁转发电的同时闭合第四电力电子开关管V4和第六电力电子开关管V6给第四相绕组D励磁，此阶段为CD绕组同时工作阶段；接下来，类似地，是DA绕组同时工作，然后AB，再然后又回到BC，如此往复的控制、工作；
而除了以上提到在初始时由蓄电池X励磁供电外，后续的励磁由如图4所示的励磁电源部分202主电路承担，其输入取自发电输出端，经正激电路完成，其工作过程为：第七电力电子开关管V7闭合后，第一变压器T1的a绕组两端的电压为上正下负，与其耦合的绕组b两端电压也是上正下负，因此第九电力二极管D9处于通态，第十电力二极管D10处于断态，第一电抗器L1的电流逐渐增长，待第七电力电子开关管V7关断后，第一电抗器L1通过第十电力二极管D10续流，第九电力二极管D9关断，第一电抗器L1中的电流逐渐下降，第七电力电子开关管V7关断后第一变压器T1的励磁电流经c绕组和第八电力二极管D8流回输入端，在下一次第七电力电子开关管V7开通前，c绕组和第八电力二极管D8支路的电流需降到零；第二电解电容器C2和第三电解电容器C4的作用类似，起到滤波以及电压支撑的作用；通过以上过程，可得到输出电压除以输入匝数是固定的，但若对第七电力电子开关管V7为PWM控制模式下，其开通时间即其占空比通过系统控制器4是可控的，也就是说，输出的励磁电压可以根据最大功率控制需要而调节。
图5所示为DC/DC变换器3主电路，他接收来自功率变换器2输出的直流电并将其隔离、升高再输出，左侧为输入端，先经第四电解电容器C4滤波及电压支撑，其工作过程为：第八电力电子开关管V8和第十一电力电子开关管V11一组，第九电力电子开关管V9和第十电力电子开关管V10一组，两组交替工作，逆变出的相对高频的交流电进入第二变压器T2的d绕组，e绕组的匝数多于d绕组匝数，实现升压，然后经四个电力电子开关管组成的整流电路整流，其中第十二电力电子开关管V12和第十五电力电子开关管V15一组，第十三电力电子开关管V13和第十四电力电子开关管V14一组，交替工作，此处在一定范围内也可调节输出直流电压大小，再经第二电抗器L2和第五电解电容器C5滤波输出。
Claims (7)
1.海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统，由开关磁阻风力机(1)、功率变换器(2)、DC/DC变换器(3)、系统控制器(4)组成，其特征在于，所述开关磁阻风力机(1)与所述功率变换器(2)互连，功率变换器(2)连接所述的DC/DC变换器(3)，DC/DC变换器(3)输出并与其他开关磁阻风力发电机功率变换器系统的DC/DC变换器(3)输出串联或并联后经直流海底电缆输出电能到岸上，所述的系统控制器(4)与功率变换器(2)互连，并与DC/DC变换器(3)连接，开关磁阻风力机(1)也连接系统控制器(4)。
2.根据权利要求1所述的海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统，其特征是，所述的开关磁阻风力机(1)由风力机、MW级大型四相绕组及定子40极和转子30极的开关磁阻发电机、检测装置组成，其中，所述风力机和所述MW级大型四相绕组及定子40极和转子30极的开关磁阻发电机之间同轴直驱，检测装置主要有风速传感器、风力机转速和开关磁阻电机转子位置传感器。
3.根据权利要求1所述的海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统，其特征是，所述的功率变换器(2)，核心是功率变换器主电路，由发电电源部分(201)和励磁电源部分(202)组成；所述发电电源部分(201)由六个电力电子开关管(V1-V6)、六个电力二极管(D1-D6)、第一电解电容器(C1)组成，从上到下第一电力二极管(D1)与第二电力电子开关管(V2)串联，二者正端连接，从上到下第一电力电子开关管(V1)与第二电力二极管(D2)串联，二者负端连接，从上到下第三电力二极管(D3)和第三电力电子开关管(V3)串联，二者正端连接，以上三组串联支路中，最前和最后两条支路同极端并联连接，中间串联支路下端即第二电力二极管(D2)正端与前述两条并联支路下方即第二电力电子开关管(V2)和第三电力电子开关管(V3)的负端连接，三条支路间，第一条和第二条的中间接点处连接开关磁阻发电机的第一相绕组A，第二条和第三条的中间接点处连接开关磁阻发电机的第三相绕组C，以上为第一相绕组A和第三相绕组C连接的主电路部分，第二相绕组B和第四相绕组D的接法和前者一样，使用第四到第六电力电子开关管(V4-V6)、第四到第六电力二极管(D4-D6)构成，这部分主电路与前者A、C两相绕组的主电路同极端并联连接，同时，各自的中间的串联支路即第一电力电子开关管(V1)和第四电力电子开关管(V4)的正端连接，第一电解电容器(C1)跨接在第六二极管(D6)和第六电力电子开关管(V6)串联支路两端后输出给DC/DC变换器(3)，此处的输出也是励磁电源部分(202)的输入，因此，励磁电源部分(202)的电能来自于开关磁阻发电机经功率变换器发电电源部分(201)输出的电能，利用具备隔离、变压、适应较大功率等级的正激电路作为励磁电源部分(202)的主电路，其由三绕组的第一变压器(T1)、第八电力二极管(D8)、第九电力二极管(D9)、第十电力二极管(D10)、第二电解电容器(C2)、第三电解电容器(C3)、第一电抗器(L1)、第七电力电子开关管(V7)组成，第七电力电子开关管(V7)的占空比与该励磁电源部分(202)主电路即正激电路输出电压成正比，该励磁电源部分(202)输出的正极端接前述第一电力电子开关管(V1)和第四电力电子开关管(V4)的正端，负极端接前述功率变换器发电电源部分(201)的负极端；另外，还有第七电力二极管(D7)与蓄电池(X)同极性串联的支路，第七电力二极管(D7)负端与励磁电源部分(202)输出的正极端即第一电力电子开关管(V1)和第四电力电子开关管(V4)的正端连接，蓄电池(X)负极端与励磁电源部分(202)输出的负极端即发电电源部分(201)负极端连接。
4.根据权利要求1所述的海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统，其特征是，所述的DC/DC变换器(3)，采用直-交-直变换结构，中间交流区为高频升压的第二变压器(T2)，输入侧由第四电解电容器(C4)、四个电力电子开关管(V8-V11)组成，第四电解电容器(C4)跨接在输入两极间，随后四个电力电子开关管(V8-V11)构成桥式逆变电路，输出交流电接高频升压的第二变压器(T2)的输入两端，第二变压器(T2)的输出接由四个电力电子开关管(V12-V15)组成的桥式整流电路，整流输出的两端中正极性线上串接第二电抗器(L2)，随后的正负两端跨接第五电解电容器(C5)然后输出电能。
5.根据权利要求1所述的海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统，其特征是，所述系统控制器(4)以高性能DSP为核心芯片，综合处理风速、开关磁阻发电机转子位置、相绕组电压电流信号、风电场直流母线电压电流信号及控制需求信号，并产生驱动信息给功率变换器(2)和DC/DC变换器(3)中的各电力电子开关管。
6.根据权利要求2所述的海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统，其特征是，所述的MW级大型四相绕组及定子40极和转子30极的开关磁阻发电机，其内外定子40极即有40套绕组，每套绕组分为相对的内定子和外定子绕组并串联，每10套绕组串联为一相，各套绕组沿发电机圆周均匀对称分布；所述的第一相绕组A与第二相绕组B和第四相绕组D相邻，第三相绕组C与第二相绕组B和第四相绕组D 相邻。
7.根据权利要求3和4所述的海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统，其特征是，所述全部电力电子开关管均为IGBT。
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Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
| CN104539206A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-22 | 中国计量学院 | 海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统 |
| CN106911216A (zh) * | 2015-12-18 | 2017-06-30 | 株式会社电装 | 含控制器的旋转电机 |
| CN107171606A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-09-15 | 中国计量大学 | 小功率多功能三相开关磁阻电机系统及其控制方法 |
| CN107925439A (zh) * | 2015-08-24 | 2018-04-17 | 日本电气株式会社 | 恒定电流供应设备、恒定电流供应系统、以及恒定电流供应方法 |
| CN108429497A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-21 | 中国计量大学 | 一种开关磁阻发电机自强励高压变流系统 |
| CN108448972A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-24 | 中国计量大学 | 他励高增益开关磁阻电机简易功率变换器系统 |
| CN108667383A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-10-16 | 中国计量大学 | 一种小型开关磁阻电机变流器系统 |
| CN113890435A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-01-04 | 中国计量大学 | 一种四相开关磁阻发电机变流器及其控制方法 |
| CN114553077A (zh) * | 2022-03-06 | 2022-05-27 | 西南石油大学 | 一种开关磁阻微风发电机功率变换器升压励磁拓扑控制方法 |
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- 2014-12-30 CN CN201420869449.7U patent/CN204408234U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104539206A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-22 | 中国计量学院 | 海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器及其系统 |
| CN104539206B (zh) * | 2014-12-30 | 2017-03-15 | 中国计量学院 | 海上大型直驱开关磁阻风力发电机功率变换器系统 |
| CN107925439B (zh) * | 2015-08-24 | 2021-06-18 | 日本电气株式会社 | 恒定电流供应设备、恒定电流供应系统、以及恒定电流供应方法 |
| CN107925439A (zh) * | 2015-08-24 | 2018-04-17 | 日本电气株式会社 | 恒定电流供应设备、恒定电流供应系统、以及恒定电流供应方法 |
| CN106911216A (zh) * | 2015-12-18 | 2017-06-30 | 株式会社电装 | 含控制器的旋转电机 |
| CN106911216B (zh) * | 2015-12-18 | 2020-07-07 | 株式会社电装 | 含控制器的旋转电机 |
| CN107171606B (zh) * | 2017-07-06 | 2019-07-30 | 中国计量大学 | 小功率多功能三相开关磁阻电机系统及其控制方法 |
| CN107171606A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-09-15 | 中国计量大学 | 小功率多功能三相开关磁阻电机系统及其控制方法 |
| CN108448972A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-24 | 中国计量大学 | 他励高增益开关磁阻电机简易功率变换器系统 |
| CN108448972B (zh) * | 2018-03-21 | 2019-08-23 | 中国计量大学 | 他励高增益开关磁阻电机简易功率变换器系统 |
| CN108429497B (zh) * | 2018-03-21 | 2019-09-06 | 中国计量大学 | 一种开关磁阻发电机自强励高压变流系统 |
| CN108429497A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-21 | 中国计量大学 | 一种开关磁阻发电机自强励高压变流系统 |
| CN108667383A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-10-16 | 中国计量大学 | 一种小型开关磁阻电机变流器系统 |
| CN113890435A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-01-04 | 中国计量大学 | 一种四相开关磁阻发电机变流器及其控制方法 |
| CN113890435B (zh) * | 2021-10-15 | 2023-10-13 | 中国计量大学 | 一种四相开关磁阻发电机变流器及其控制方法 |
| CN114553077A (zh) * | 2022-03-06 | 2022-05-27 | 西南石油大学 | 一种开关磁阻微风发电机功率变换器升压励磁拓扑控制方法 |
| CN114553077B (zh) * | 2022-03-06 | 2023-06-23 | 西南石油大学 | 一种开关磁阻微风发电机功率变换器升压励磁拓扑控制方法 |
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