一种开关磁阻发电机高压直流机组变流系统技术方案

一种开关磁阻发电机高压直流机组变流系统，其结构由单开关磁阻发电机机组变流电路和多机组电能汇聚网络组成，单开关磁阻发电机机组变流电路包含绕组变流电路、反馈电源、逆变电路，多极升压输出交流电；多机组电能汇聚网络中各个单开关磁阻发电机机组变流电路的开关磁阻发电机和变流电路结构均相同，与整流二极管一起组成多行多列的直流汇聚网络并输出高压直流电，系统扩展性强、效率高、容错性强、可靠性高、结构简单成本低，在局域的小型交直流电网等领域具有相当前途。

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻发电机高压直流机组变流系统
本专利技术涉及发电领域，具体涉及一种利用开关磁阻电机作为发电机的电气变流系统结构、组合，以及调控方法。
技术介绍
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。近年来直流输电日益受到电力部门的重视，局域的直流电网初具雏形，也衍生了更多的设备直接采用直流电源供电。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。开关磁阻发电机的励磁、发电都要围绕连接其绕组的变流电路的运行控制实现，没有绕组变流电路，开关磁阻发电机自然没有任何意义。绕组变流电路设计中最好是可靠性高、结构简单、控制方便，否则绕组变流电路故障意味着该台发电机组将完全停止发电工作，非常关键；同时考虑到多数场合下对输出侧高电压的需求，如果能够在绕组变流电路内部能实现升压的功能，则势必非常具有实际意义。开关磁阻电机的转矩脉动问题一直是业界的一块心病，开关磁阻发电机的转矩脉动，同时也往往带来发电电能质量不高的问题，根据开关磁阻发电机运行原理，在励磁阶段如果采用单独的励磁电源，即与开关磁阻发电机发出的电能无关的电源，对转矩脉动降低是有好处的，但由于大大增加了维护工作以及不确定性问题，基本为工程界所舍弃，改用开关磁阻发电机反馈的电能励磁的话，大多面临所供励磁电能波动较大的问题，业界已有一些将励磁电压与发电电压解耦的例子，效果较好但也面临这样或那样的问题，既隔离可靠并适应较大功率等级，又输出励磁电压和电流均平稳，并且输出电压和电流调节范围大等等优点的很少。另外，绕组变流电路输出后吸收电能端也一样对转矩脉动存在影响，尤其面对用电侧电压或电流具有周期性波动负载时，势必对发电电压和电流的稳定性产生影响，进而通过反馈电源后对励磁电压和电流产生影响，表现为波动性，所以发电电压输出后的电路，譬如逆变电路工作时，常规的桥式逆变电路就对输入端产生影响较大。开关磁阻发电机经绕组变流电路输出后，往往不能直接并入直流或交流电网，也不能直接供给直流或交流负载，一般需要升压环节，业界大多采用先逆变，然后经工频或中高频变压器升压，需要直流电的话再整流，这个过程中会对输入侧即开关磁阻发电机绕组变流电路输出侧产生影响，发电电压或发电电流出现周期性不稳定较大；并且这类变流过程往往结构较为复杂，控制也复杂，往往采用高频PWM模式提高调解的灵活性，开关管的开关损耗大，效率低。对于大规模的用电需求，或者大负载、较大的直流电力需求等方面，单开关磁阻发电机机组发出的电能往往要与其他开关磁阻发电机机组构成一定的发电网络，即多机组的连接后供电问题，这往往面临输出大功率，即高电压大电流，而变流系统当中的开关管面临的很大问题是开关应力问题，如果开关应力很大，则势必在每个开关处需要高电压参量或往往是多个开关管串并联组合模式才行，极大的增加了系统成本、控制复杂度，以及损耗，往往面临此问题后不具备工程实际意义，所以，大功率高电压供电的同时，如果各开关管有低电压应力，则非常具有现实意义。此外，对于开关管来说，如能实现软开关，尤其在开关管众多的变流系统中，则势必极大的减小开关损耗，降低开关管故障率，提高系统可靠性，当然，在尽量少的添加外围电路和控制方法情况下的软开关实现，更具有意义了。如前所述当多个开关磁阻发电机机组组成网络时，由于涉及大发电系统，为了尽量避免该网络故障后全网络瘫痪停止发电供电的可能性，网络的冗余性至关重要，当然，在结构简单、控制方便前提下的高容错性能，更具有实际意义。对于发电网络，其输出端的电能质量，尤其当前智能电网下局域的小规模的直流电网的直流电能质量是个重要问题，当中的电压稳定性，即输出直流电压的脉动率的降低，是个重要问题。由于此类直流发电网络，多数时是属于多点小功率分布于农村、建筑物、岛屿等等场合(利用风能、柴油机、小水力等等)，在一个电网络下，能够加减当中的机组，即灵活可控、可扩展性的发电网络是非常具有实际意义的。
技术实现思路
根据以上的
技术介绍
，本专利技术就提出了一种基于开关磁阻发电机的结构简单、控制方便、电能质量高、开关损耗低应力低的单机组变流电路，以及一种多机组构成的结构简单、开关管电压应力低、交替运行电能质量高、容错性强、可灵活扩展的发电网络，以及以上全部可控开关管的调控方法。本专利技术的技术方案为：一种开关磁阻发电机高压直流机组变流系统，其结构由单开关磁阻发电机机组变流电路和多机组电能汇聚网络组成，其技术特征是，所述多机组电能汇聚网络中各个所述单开关磁阻发电机机组变流电路的开关磁阻发电机和变流电路结构均相同。所述单开关磁阻发电机机组变流电路由绕组变流电路、逆变电路、反馈电源组成，其技术特征是，所述绕组变流电路输出两端连接所述逆变电路输入两端和所述反馈电源输入两端，绕组变流电路输入两端连接反馈电源输出两端，逆变电路输出两端即为单开关磁阻发电机机组变流电路输出两端；所述绕组变流电路由第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第五电容器、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管组成，其技术特征是，所述第一电容器正极端作为绕组变流电路输入正极端并连接所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管的阳极，第一开关管阴极连接所述第一绕组一端，第二开关管阴极连接所述第二绕组一端，第三开关管阴极连接所述第三绕组一端，第四开关管阴极连接所述第四绕组一端，第一绕组另一端连接所述第五开关管阳极和所述第一二极管阳极，第二绕组另一端连接所述第六开关管阳极和所述第二二极管阳极，第三绕组另一端连接所述第七开关管阳极和所述第三二极管阳极，第四绕组另一端连接所述第八开关管阳极和所述第四二极管阳极，第一二极管阴极连接所述第二电容器正极并作为绕组变流电路输出正极端，第二二极管阴极连接第二电容器负极和所述第三电容器正极，第三二极管阴极连接第三电容器负极和所述第四电容器正极，第四二极管阴极连接第四电容器负极和所述第五电容器正极，第一电容器负极连接第五电容器负极、第五开关管阴极、第六开关管阴极、第七开关管阴极、第八开关管阴极并作为绕组变流电路输入和输出负极端；所述逆变电路由第一变压器、第二变压器、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第六电容器、第七电容器组成，其技术特征是，所述第一变压器一次侧绕组一端与所述第二变压器一次侧绕组一端连接并作为逆变电路输入正极端，第一变压器一次侧绕组另一端连接所述第五二极管阴极、所述第九开关管阳极、所述第十一开关管阴极、所述第七二极管阳极，第二变压器一次侧绕组另一端连接所述第六二极管阴极、所述第十开关管阳极、所述第十二开关管阴极、所述第八二极管阳极，第八二极管阴极和第十二开关管阳极、所述第七电容器正极连接，第七电容器负极连接第六二极管阳极、第十开关管阴极、第五二极管阳极、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关磁阻发电机高压直流机组变流系统，其结构由单开关磁阻发电机机组变流电路和多机组电能汇聚网络组成，其技术特征是，所述多机组电能汇聚网络中各个所述单开关磁阻发电机机组变流电路的开关磁阻发电机和变流电路结构均相同。

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻发电机高压直流机组变流系统，其结构由单开关磁阻发电机机组变流电路和多机组电能汇聚网络组成，其技术特征是，所述多机组电能汇聚网络中各个所述单开关磁阻发电机机组变流电路的开关磁阻发电机和变流电路结构均相同。2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻发电机高压直流机组变流系统，其技术特征是，所述的单开关磁阻发电机机组变流电路由绕组变流电路、逆变电路、反馈电源组成，其中所述绕组变流电路输出两端连接所述逆变电路输入两端和所述反馈电源输入两端，绕组变流电路输入两端连接反馈电源输出两端，逆变电路输出两端即为单开关磁阻发电机机组变流电路输出两端；所述绕组变流电路由第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第五电容器、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管组成，其技术特征是，所述第一电容器正极端作为绕组变流电路输入正极端并连接所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管的阳极，第一开关管阴极连接所述第一绕组一端，第二开关管阴极连接所述第二绕组一端，第三开关管阴极连接所述第三绕组一端，第四开关管阴极连接所述第四绕组一端，第一绕组另一端连接所述第五开关管阳极和所述第一二极管阳极，第二绕组另一端连接所述第六开关管阳极和所述第二二极管阳极，第三绕组另一端连接所述第七开关管阳极和所述第三二极管阳极，第四绕组另一端连接所述第八开关管阳极和所述第四二极管阳极，第一二极管阴极连接所述第二电容器正极并作为绕组变流电路输出正极端，第二二极管阴极连接第二电容器负极和所述第三电容器正极，第三二极管阴极连接第三电容器负极和所述第四电容器正极，第四二极管阴极连接第四电容器负极和所述第五电容器正极，第一电容器负极连接第五电容器负极、第五开关管阴极、第六开关管阴极、第七开关管阴极、第八开关管阴极并作为绕组变流电路输入和输出负极端；所述逆变电路由第一变压器、第二变压器、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第六电容器、第七电容器组成，其技术特征是，所述第一变压器一次侧绕组一端与所述第二变压器一次侧绕组一端连接并作为逆变电路输入正极端，第一变压器一次侧绕组另一端连接所述第五二极管阴极、所述第九开关管阳极、所述第十一开关管阴极、所述第七二极管阳极，第二变压器一次侧绕组另一端连接所述第六二极管阴极、所述第十开关管阳极、所述第十二开关管阴极、所述第八二极管阳极，第八二极管阴极和第十二开关管阳极、所述第七电容器正极连接，第七电容器负极连接第六二极管阳极、第十开关管阴极、第五二极管阳极、第九开关管阴极、所述第六电容器负极并作为逆变电路输入负极端，第六电容器正极连接第十一开关管阳极和第七二极管阴极，第一变压器和第二变压器结构完全相同，他们的两个二次侧绕组串联连接，并且极性相反；所述反馈电源由第八电容器、第九电容器、第三变压器、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十三开关管、电感组成，其技术特征是，所述第八电容器正极、所述第九二极管阴极、所述第十三开关管阳极连接并作为反馈电源输入正极端，所述第三变压器一次侧有两套绕组，分别为一次侧第一绕组和一次侧第二绕组，并且二者极性相反，第十三开关管阴极连接第三变压器一次侧第一绕组一端，第九二极管阳极连接第三变压器一次侧第二绕组一端，第三变压器一次侧第一绕组另一端和一次绕组第二绕组另一端连接后并与第八电容器负极连接同时作为反馈电源输入负极端，第三变压器二次侧绕组一端连接所述第十二极管阳极，第十二极管阴极连接所述第十一二极管阴极和所述电感一端，电感另一端连接所述第九电容器正极并作为反馈电源输出正极端，第九电容器负极连接第十一二极管阳极和第三变压器二次绕组另一端同时作为反馈电源输出负极端。3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻发电机高压直流机组变流系统，其技术特征是，所述多机组电能汇聚网络，有两种结构模式，第一种为：由(X×Y)个相同的单开关磁阻发电机机组变流电路、[(X+1)×(Y+1)]个整流二极管，以及输出电容器组成，其技术特征是，X＞1，Y＞1，所述(X+1)个整流二极管同极性串联连接构成一个整流支路，共计(Y+1)个整流支路，每个整流支路全部是上面阴极下面阳极，(Y+1)个这样的整流支路并联连接，(Y+1)个这样的整流支路最上端共阴极作为多机组电能汇聚网络输出正极端并与所述输出电容器正极连接，最下端共阳极作为多机组电能汇聚网络输出负极端并与输出电容器负极连接，并联的相邻的两个整流支路中间，即在每个整流支路任...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙冠群，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33