多功能开关磁阻发电机高压直流系统技术方案

多功能开关磁阻发电机高压直流系统，由变流主电路和变流辅电路组成，变流主电路可扩展适应不同相数的开关磁阻发电机，具备隔离环节，其输出母线电压为各相绕组变流输出电压之和，直接获得高压直流电，变流辅电路具备双向电能传输能力，即可吸收母线电能为变流主电路的励磁电源即蓄电池组充电，也可以在必要时反向馈能；系统灵活性强、智能化高，针对直流负载或直流微电网等大大减少了中间环节，可靠性也较高，适用于风电、小水电、柴油发电机组等面对直流微电网或独立直流负载发电领域。

【技术实现步骤摘要】
多功能开关磁阻发电机高压直流系统
本专利技术涉及直流微电网发电系统、独立发电系统等领域，具体涉及采用开关磁阻发电机下的直接直流多功能高压变流系统及其控制方法。
技术介绍
开关磁阻电机结构简单坚固，转子上无绕组、无永磁体，仅由带凹凸槽的硅钢片叠压而成，散热压力小，可靠性高，制造成本低廉，定子中某一相绕组不工作不影响其他相绕组的正常工作，容错性强，具有广阔的应用前景。目前高压直流输电是我国重点发展的输电方式之一，直流微电网也是很多地区在智能电网大框架下重点发展的一种模式，直流微电网往往会结合中小型风电、小水电等新能源发电机组，而当前各类发电机组大多为交流发电机，发出的交流电要先经过整流，然后再升压，电能变换的层级多，变换复杂，损耗高效率低，成本也居高不下，极大的影响直流输电及直流微网领域乃至智能电网的发展。在一些独立发电系统领域也是，诸如野外偏远的地区、海岛，电网无法覆盖，往往采用独立柴油发电机组，或者小型风电或风光互补装置供电，发电机一般也为交流发电机，但这些领域往往要配备大量蓄电池装置，必须转换为直流充电，也存在类似的问题。以上所述各类中小型发电系统中，尤其是输入动力不稳的诸如风电，现有发电机组往往是永磁同步发电机或者鼠笼式异步发电机，尤其鼠笼式异步发电机，没有双馈能力，在并网后的适应性极差，故障的穿越能力很弱，也有一些采用直流发电机，虽然直接发出直流电，但其结构复杂，尤其换向器的存在也极大增加了后期维护工作量，可靠性低，慢慢已被舍弃。作为开关磁阻发电机运行时，变流主电路是必不可少的，是实现各相绕组分时及同相绕组分时不同工种状态的必然需要，但其往往输出的为低压直流电，经常需要再经过直交直的DC/DC变换器升压后再输出给负载或并网，所以利用变流主电路本身适当革新后实现升压势必为发展趋势和重要进步。开关磁阻发电系统中，必要的电磁隔离、终端及重要大部件的专业保护，往往也是必须的。如上所述的众多发电领域中，往往是在无人值守的状态下，所以智能化水平也是考察一个发电机组好坏的标志之一。
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结构简单、中间环节少、效率高、直接输出较高直流电压、励磁电源自动充电及反向馈能的多功能智能化高压开关磁阻发电机系统结构及其控制方法。本专利技术的技术方案为：多功能开关磁阻发电机高压直流系统，由变流主电路和变流辅电路组成，其技术特征是，所述变流主电路输出两端与所述变流辅电路输入两端连接，变流辅电路输出两端与变流主电路输入两端连接；变流主电路由蓄电池组、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、耦合变压器、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、泄放器1、泄放器2、泄放器3、第一相绕组、第二相绕组、第三相绕组、第一二极管、第二二极管、第三二极管组成，其技术特征是，所述蓄电池组两端作为变流主电路输入两端，其正极端连接所述第一电容器正极和所述耦合变压器一次侧绕组同名端，蓄电池组负极端连接第一电容器负极和所述第一开关管阴极，第一开关管阳极连接耦合变压器一次侧绕组异名端，耦合变压器二次侧第一绕组异名端连接所述第二开关管阳极和所述第三开关管阳极，第三开关管阴极连接所述泄放器1一端，第二开关管阴极连接所述第一相绕组一端和所述第一二极管阴极，第一相绕组另一端连接所述第二电容器正极、泄放器1另一端、耦合变压器二次侧第一绕组同名端，第一二极管阳极连接第二电容器负极，并作为变流主电路输出负极端即母线输出负极端；耦合变压器二次侧第二绕组异名端连接所述第四开关管阳极和所述第五开关管阳极，第五开关管阴极连接所述泄放器2一端，第四开关管阴极连接所述第二相绕组一端和所述第二二极管阴极，第二相绕组另一端连接所述第三电容器正极、泄放器2另一端、耦合变压器二次侧第二绕组同名端，第二二极管阳极连接第三电容器负极和第二电容器正极；耦合变压器二次侧第三绕组异名端连接所述第六开关管阳极和所述第七开关管阳极，第七开关管阴极连接所述泄放器3一端，第六开关管阴极连接所述第三相绕组一端和所述第三二极管阴极，第三相绕组另一端连接所述第四电容器正极、泄放器3另一端、耦合变压器二次侧第三绕组同名端，并作为变流主电路输出正极端即母线输出正极端，第三二极管阳极连接第四电容器负极和第三电容器正极；变流辅电路由第五电容器、第六电容器、第八开关管、第九开关管、第四二极管、第五二极管、电感组成，其技术特征是，所述第五电容器正负极两端作为变流辅电路输入两端分别与变流主电路母线输出正负极两端连接，第五电容器正极也与所述第八开关管阳极和所述第四二极管阴极连接，第八开关管阴极和第四二极管阳极、所述第五二极管阴极、所述第九开关管阳极、所述电感一端连接，电感另一端与所述第六电容器正极连接并作为变流辅电路输出正极端与变流主电路输入正极端即蓄电池组正极连接，第六电容器负极与第九开关管阴极、第五二极管阳极、第五电容器负极连接，并作为变流辅电路输出负极端与变流主电路输入负极端即蓄电池组负极连接。本专利技术多功能开关磁阻发电机高压直流系统的控制方法为：根据开关磁阻发电机工作原理，开关磁阻发电机的各相绕组根据转子位置信息分别独立通电工作，每相绕组分时进行励磁和发电两个阶段的工作；在没有投入工作前，本专利技术结构中所有开关管均为断开状态；根据开关磁阻发电机转子位置信息，当需要第一相绕组工作时，即定转子凸极中心线重合位置时，闭合第一开关管，后续断开第一开关管的一种条件是：检测到流经耦合变压器一次侧绕组电流达到所需值后断开第一开关管，断开第一开关管的同时闭合第二开关管，第一相绕组进入励磁阶段；根据转子位置信息及控制的需要，励磁阶段结束时关断第二开关管，自动进入发电阶段，以上励磁阶段结束时检测到耦合变压器二次侧第一绕组电流高于设定值即存在剩余电能时闭合第三开关管，经泄放器1泄放，泄放完毕后或者泄放未完毕但下一相绕组已进入工作状态并且第一开关管断开的同时断开第三开关管；断开第一开关管的另一种条件是：根据检测到的励磁阶段结束时耦合变压器二次侧第一绕组电流值，当根据要求需增加该电流值时，下一次轮到第一相绕组工作时采取如下两种措施或其一：将闭合第一开关管的时间提前，将关断第一开关管的时间延后；以上断开第一开关管的两种条件中，开关磁阻发电机低速时即低于基速以下设定的范围内时选择前者，中速时即基速左右的设定的范围内时选择后者的两种措施同时实施，高速即高于中速区最高速度时选择后者中的禁止延后关断第一开关管仅采取提前闭合第一开关管的措施；根据转子位置信息当需要第二相绕组以及第三相绕组投入工作时，其对各开关管的控制时机与第一相绕组工作时相同，并且第四开关管以及第六开关管对应第二开关管，第五开关管以及第七开关管对应第三开关管，泄放器2以及泄放器3对应泄放器1；工作中当检测到蓄电池组的电量低于设定的下限时，变流辅电路的第八开关管按PWM模式开关工作，具体占空比根据蓄电池组所需充电参量调节，充电期间第九开关管保持断开状态；当变流主电路输出侧负载过大，即变流主电路输出电压下降并低于限定值，同时蓄电池组没有被充电也即第八开关管维持断开状态时，第九开关管进入PWM模式开关工作，蓄电池组的电能经变流辅电路反向馈能，第九开关管的开关占空比根据负载侧对输出电压的需要而调节，此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多功能开关磁阻发电机高压直流系统，由变流主电路和变流辅电路组成，其技术特征是，所述变流主电路输出两端与所述变流辅电路输入两端连接，交流辅电路输出两端与变流主电路输入两端连接；变流主电路由蓄电池组、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、耦合变压器、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、泄放器1、泄放器2、泄放器3、第一相绕组、第二相绕组、第三相绕组、第一二极管、第二二极管、第三二极管组成，其技术特征是，所述蓄电池组两端作为变流主电路输入两端，其正极端连接所述第一电容器正极和所述耦合变压器一次侧绕组同名端，蓄电池组负极端连接第一电容器负极和所述第一开关管阴极，第一开关管阳极连接耦合变压器一次侧绕组异名端，耦合变压器二次侧第一绕组异名端连接所述第二开关管阳极和所述第三开关管阳极，第三开关管阴极连接所述泄放器1一端，第二开关管阴极连接所述第一相绕组一端和所述第一二极管阴极，第一相绕组另一端连接所述第二电容器正极、泄放器1另一端、耦合变压器二次侧第一绕组同名端，第一二极管阳极连接第二电容器负极，并作为变流主电路输出负极端即母线输出负极端；耦合变压器二次侧第二绕组异名端连接所述第四开关管阳极和所述第五开关管阳极，第五开关管阴极连接所述泄放器2一端，第四开关管阴极连接所述第二相绕组一端和所述第二二极管阴极，第二相绕组另一端连接所述第三电容器正极、泄放器2另一端、耦合变压器二次侧第二绕组同名端，第二二极管阳极连接第三电容器负极和第二电容器正极；耦合变压器二次侧第三绕组异名端连接所述第六开关管阳极和所述第七开关管阳极，第七开关管阴极连接所述泄放器3一端，第六开关管阴极连接所述第三相绕组一端和所述第三二极管阴极，第三相绕组另一端连接所述第四电容器正极、泄放器3另一端、耦合变压器二次侧第三绕组同名端，并作为变流主电路输出正极端即母线输出正极端，第三二极管阳极连接第四电容器负极和第三电容器正极；变流辅电路由第五电容器、第六电容器、第八开关管、第九开关管、第四二极管、第五二极管、电感组成，其技术特征是，所述第五电容器正负极两端作为变流辅电路输入两端分别与变流主电路母线输出正负极两端连接，第五电容器正极也与所述第八开关管阳极和所述第四二极管阴极连接，第八开关管阴极和第四二极管阳极、所述第五二极管阴极、所述第九开关管阳极、所述电感一端连接，电感另一端与所述第六电容器正极连接并作为变流辅电路输出正极端与变流主电路输入正极端即蓄电池组正极连接，第六电容器负极与第九开关管阴极、第五二极管阳极、第五电容器负极连接，并作为变流辅电路输出负极端与变流主电路输入负极端即蓄电池组负极连接。...

【技术特征摘要】
1.多功能开关磁阻发电机高压直流系统，由变流主电路和变流辅电路组成，其技术特征是，所述变流主电路输出两端与所述变流辅电路输入两端连接，交流辅电路输出两端与变流主电路输入两端连接；变流主电路由蓄电池组、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、耦合变压器、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、泄放器1、泄放器2、泄放器3、第一相绕组、第二相绕组、第三相绕组、第一二极管、第二二极管、第三二极管组成，其技术特征是，所述蓄电池组两端作为变流主电路输入两端，其正极端连接所述第一电容器正极和所述耦合变压器一次侧绕组同名端，蓄电池组负极端连接第一电容器负极和所述第一开关管阴极，第一开关管阳极连接耦合变压器一次侧绕组异名端，耦合变压器二次侧第一绕组异名端连接所述第二开关管阳极和所述第三开关管阳极，第三开关管阴极连接所述泄放器1一端，第二开关管阴极连接所述第一相绕组一端和所述第一二极管阴极，第一相绕组另一端连接所述第二电容器正极、泄放器1另一端、耦合变压器二次侧第一绕组同名端，第一二极管阳极连接第二电容器负极，并作为变流主电路输出负极端即母线输出负极端；耦合变压器二次侧第二绕组异名端连接所述第四开关管阳极和所述第五开关管阳极，第五开关管阴极连接所述泄放器2一端，第四开关管阴极连接所述第二相绕组一端和所述第二二极管阴极，第二相绕组另一端连接所述第三电容器正极、泄放器2另一端、耦合变压器二次侧第二绕组同名端，第二二极管阳极连接第三电容器负极和第二电容器正极；耦合变压器二次侧第三绕组异名端连接所述第六开关管阳极和所述第七开关管阳极，第七开关管阴极连接所述泄放器3一端，第六开关管阴极连接所述第三相绕组一端和所述第三二极管阴极，第三相绕组另一端连接所述第四电容器正极、泄放器3另一端、耦合变压器二次侧第三绕组同名端，并作为变流主电路输出正极端即母线输出正极端，第三二极管阳极连接第四电容器负极和第三电容器正极；变流辅电路由第五电容器、第六电容器、第八开关管、第九开关管、第四二极管、第五二极管、电感组成，其技术特征是，所述第五电容器正负极两端作为变流辅电路输入两端分别与变流主电路母线输出正负极两端连接，第五电容器正极也与所述第八开关管阳极和所述第四二极管阴极连接，第八开关管阴极和第四二极管阳极、所述第五二极管阴极、所述第九开关管阳极、所述电感一端连接，电感另一端与所述第六电容器正极连接并作为变流辅电路输出正极端与变流主电路输入正极端即蓄电池组正极连接，第六电容器负极与第九开关管阴极、第五二极管阳极、第五电容器负极连接，并作为变流辅电路输出负极端与变流主电路输入负极端即蓄电池组负极连接。2.根据权利要求1所述的多功能开关磁阻发电机高压直流系统的...

【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