一种开关磁阻风力发电机半自励功率变换器制造技术

本发明专利技术为一种开关磁阻风力发电机半自励功率变换器。该转换器的组成包括：由直流电源、开关磁阻发电机的三相绕组、三相上功率开关器件、三相下功率开关器件、与各相绕组组成续流回路的三个二极管和三个功率开关器件、滤波电容C1、储能电容C2组成。各相绕组所在功率变换支路可以独立工作，互不干扰。本发明专利技术所提出的开关磁阻风力发电机半自励功率变换器中，在励磁阶段，通过增加励磁电压，从而增加最后的励磁电流和磁场储能的大小，使开关磁阻发电机输出功率得到提升；在发电阶段，开关磁阻发电机绕组两端的电压小于励磁电压，利于低风速时开关磁阻发电机的有效发电，而且使得控制策略更加的灵活。加的灵活。加的灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种开关磁阻风力发电机半自励功率变换器


[0001]本专利技术属于开关磁阻风力发电机的驱动控制以及功率变换器设计的
，特别涉及一种开关磁阻风力发电机半自励功率变换器。

技术介绍

[0002]随着全球气候变暖日渐严重，清洁、可靠、稳定和可持续的能源结构逐渐成为全球关注的重点。传统的发电模式在发电过程中会有大量污染气体排放，而且由于燃烧不充分而造成资源的浪费，不符合当今绿色发展的主题。与常规燃料相比，风能是一种非常清洁、环保的绿色能源，并且由于其巨大的能源储备而具有很大的优越性。它的运行不产生污染环境的废弃物且能够取之不尽用之不竭。所以，普及风力发电能使资源变的可持续化，并且对降低环境污染有着不可替代的现实意义。
[0003]众所周知，风力发电机是在整个风力发电系统当中处于最核心地位的装置，它可以实现机械能与电能之间的转换。风力发电机的工作情况将对整个系统的状态产生影响，包括系统发电的效率及质量，同时还对系统中其他环节的性能及工况有着巨大且直接的影响。在当前的风力发电市场当中，风力发电机的种类很多。其中，开关磁阻发电机作为一种新型的机电能量转换设备，由于具备结构简单、容错能力强、转速范围宽、没有永磁体、制造成本低、并且耐高温，效率也高于异步发电机等优点脱颖而出，已经成功应用于许多场合尤其是风力发电等环境恶劣的场合。
[0004]开关磁阻风力发电机系统采用传统不对称半桥功率变换器时，励磁阶段相绕组两端的电压值与相电流的大小成正比关系，励磁电压越大，相绕组最后的励磁电流就越大，电机磁场储存的能量就越多，越有利于发电；然而在发电阶段，若风速较低，则电机转速也会随之降低，发电电压大于运动电动势，相电流在发电阶段就不能够继续增加，导致发电机系统不能够进行有效发电，所以要使开关磁阻发电机系统进行有效发电，必须保证发电电压小于运动电动势。由于在传统不对称半桥功率变换器中励磁阶段和发电阶段的电压值相同，不能够进行独立调节，不利于开关磁阻风力发电机的控制以及有效发电，从而导致在风速较低的时候，开关磁阻风力发电机发出的电能大大降低。所以如何提升低风速时开关磁阻风力发电机的发电能力以及发电效率，是当前风电领域研究和发展的热点问题。专利“一种实现快速励磁/退磁的开关磁阻发电机系统，CN103475292A”，该系统组成包括开关磁阻电机本体、原动机、位置传感器、功率变换器、直流电源和控制器，通过采用四电平功率变换器，如图1所示，在励磁阶段可以实现快速励磁，在发电阶段，当采用两个电压源时,可以实现快速退磁；但由于在发电阶段选用两个电压源时，若功率二极管D1发生故障则发电机无法正常运行，存在容错能力小的局限。此外发电阶段一般是采用两个电压源，除非系统发生故障对储能电容过度充电，发电阶段才会选择其所说的状态
‑
1。故系统在正常稳定运行状态下，其发电阶段的励磁电压和发电电压大小相等，仍无法有效解决低风速开关磁阻风力发电机发电效率低的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的为针对当前技术存在的不足，提供一种开关磁阻风力发电机半自励功率变换器。该变换器提出一种新的拓扑结构，通过储能电容和三个功率开关器件使得低风速时开关磁阻风力发电机的输出功率以及发电效率得到提升；三个功率开关器件的存在使励磁电压和发电电压取不同的电压值，从而使控制调节更加便利；各相绕组所在的功率变换支路可以独立工作，互不干扰，若其中一个绕组所对应的功率开关器件发生故障，其他两相仍可正常运行。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种开关磁阻风力发电机半自励功率变换器，其组成包括：
[0008]直流电源V的正极和二极管D1的阳极相连，负极和滤波电容C1的负极相连；二极管D1的阴极分别和电阻R的一端、滤波电容C1的正极相连；滤波电容C1的正极还和储能电容C2的负极相连；储能电容C2的正极与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极和电阻R的另一端相连；滤波电容C1的负极还分别和功率开关器件Q
AL
、功率开关器件Q
BL
、功率开关器件Q
CL
的发射极相连；储能电容C2的正极还分别和功率开关器件Q
AH
、功率开关器件Q
BH
、功率开关器件Q
CH
的集电极相连；储能电容C2的负极还分别和功率开关器件Q
A
、功率开关器件Q
B
、功率开关器件Q
C
的集电极相连；功率开关器件Q
A
、功率开关器件Q
B
、功率开关器件Q
C
的发射极对应和功率开关器件Q
AH
、功率开关器件Q
BH
、功率开关器件Q
CH
的发射极相连；功率开关器件Q
AH
、功率开关器件Q
BH
、功率开关器件Q
CH
的发射极还分别对应和绕组A、绕组B、绕组C的上端相连；绕组A、绕组B、绕组C的下端分别和功率开关器件Q
AL
、功率开关器件Q
BL
、功率开关器件Q
CL
的集电极相连；绕组A、绕组B、绕组C的下端还分别和二极管D
AH
、二极管D
BH
、二极管D
CH
的阳极的相连，二极管D
AH
、二极管D
BH
、二极管D
CH
的阴极分别和功率开关器件Q
AH
、功率开关器件Q
BH
、功率开关器件Q
CH
的集电极的相连。
[0009]一种开关磁阻风力发电机系统，该系统包括风力机、开关磁阻电机、直流电源、开关磁阻风力发电机半自励功率变换器、位置传感器、控制器、储能单元和负载；其中，风力机、开关磁阻风力发电机半自励功率变换器、位置传感器分别和开关磁阻发电机相连；开关磁阻风力发电机半自励功率变换器还和直流电源、控制器、储能单元相连；位置传感器还和控制器相连；储能单元、开关磁阻风力发电机半自励功率变换器还分别和负载相连。
[0010]本专利技术的实质性特点为：
[0011]当前技术中，在外界风速较低的情况下开关磁阻风力发电机运行时输出功率较低，无法进行有效发电。本专利技术以开关磁阻发电机的运行原理为依据，通过对传统不对称半桥功率变换器进行改进，提出了一种新型功率变换器的拓扑结构，与传统不对称功率变换器相比，增加一个储能电容、三个功率开关器件，减少三个续流二极管。其中所增加的储能电容和三个功率开关器件使得低风速时开关磁阻风力发电机的输出功率以及发电效率得到提升；三个功率开关器件的存在使励磁电压和发电电压取不同的电压值，从而使控制调节更加便利；各相绕组所在的功率变换支路可以独立工作，互不干扰，若其中一个绕组所对应的功率开关器件发生故障，其他两相仍可正常运行。
[0012]本专利技术的有益效果为：
[0013](1)本专利技术所提出的开关磁阻风力发电机半自励功率变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻风力发电机半自励功率变换器，其特征为该变换器的组成包括：直流电源V的正极和二极管D1的阳极相连，负极和滤波电容C1的负极相连；二极管D1的阴极分别和电阻R的一端、滤波电容C1的正极相连；滤波电容C1的正极还和储能电容C2的负极相连；储能电容C2的正极与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极和电阻R的另一端相连；滤波电容C1的负极还分别和功率开关器件Q
AL
、功率开关器件Q
BL
、功率开关器件Q
CL
的发射极相连；储能电容C2的正极还分别和功率开关器件Q
AH
、功率开关器件Q
BH
、功率开关器件Q
CH
的集电极相连；储能电容C2的负极还分别和功率开关器件Q
A
、功率开关器件Q
B
、功率开关器件Q
C
的集电极相连；功率开关器件Q
A
、功率开关器件Q
B
、功率开关器件Q
C
的发射极对应和功率开关器件Q
AH
、功率开关器件Q
BH
、功率开关器件Q
CH
的发射极相连；功率开关器件Q
AH
、功率开...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫荣格，李红玉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：