開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)，包括開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)、Zeta升降壓斬波電路、電力電子開關(guān)、濾波器；所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的輸出直流電正負(fù)端連接所述的Zeta升降壓斬波電路的輸入兩端，Zeta升降壓斬波電路的兩個(gè)輸出端的其中一端連接所述的電力電子開關(guān)，電力電子開關(guān)的另一端連接所述的濾波器的輸入一端，濾波器的另一輸入端連接Zeta升降壓斬波電路沒有與電力電子開關(guān)直接連接的另一輸出端，濾波器輸出并與風(fēng)電場(chǎng)的其他開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)串聯(lián)；本實(shí)用新型采用開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)做風(fēng)力發(fā)電機(jī)，和簡(jiǎn)單的直流接口斬波電路，可控性強(qiáng)，針對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)領(lǐng)域具有一定應(yīng)用意義。
【專利說(shuō)明】開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是海上風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及采用直接輸出直流電能的開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(Switched Reluctance Generator，簡(jiǎn)稱:SRG)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)直流輸出接口端采用Zeta升降壓型斬波電路的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油、煤炭等一次性石化資源的大規(guī)模開發(fā)，能源危機(jī)和環(huán)境惡化造成的危害已經(jīng)日益嚴(yán)峻，要解決這一難題的唯一途徑就是加快對(duì)可持續(xù)資源的開發(fā)；在現(xiàn)有可再生能源中，無(wú)論規(guī)模，還是可利用率，風(fēng)能都是最高的資源之一，并且風(fēng)能在利用過(guò)程中不用消耗礦產(chǎn)資源，不排放有害物質(zhì)，被人們視為清潔、綠色、環(huán)保的能源。
[0003]從新疆到內(nèi)蒙古一線是我國(guó)陸上風(fēng)能資源最為豐富的地區(qū)，該地區(qū)風(fēng)速穩(wěn)定、地廣人稀，很適合建設(shè)大型風(fēng)電場(chǎng)。十余年來(lái)這些區(qū)域的風(fēng)能開發(fā)非常迅速，但由于附近區(qū)域的電力需求不高，大量的風(fēng)電難以就近消化；如果要把多余的風(fēng)電傳輸?shù)诫娏π枨缶薮蟮臇|南部地區(qū)，風(fēng)電波動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)又會(huì)使傳輸?shù)碾y度和成本加劇，并對(duì)電網(wǎng)安全造成威脅；而另一方面，我國(guó)東部海岸線長(zhǎng)，風(fēng)能資源好，風(fēng)能質(zhì)量好，具備大規(guī)模發(fā)展海上風(fēng)電的資源條件，而且礦產(chǎn)資源匱乏，電力需求巨大，海上風(fēng)電可以就近吸納，因此在這一區(qū)域發(fā)展海上風(fēng)電具有廣闊的前景。
[0004]海上風(fēng)能的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)速更高、風(fēng)力更持續(xù)，和陸上風(fēng)能相比，開放性海域的風(fēng)速要高30% -40%，近海區(qū)域要高15% -20%，能夠多發(fā)50% -70%的電能；并且目前能夠容納大型風(fēng)場(chǎng)的陸上空間已很難找到，海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)已成為風(fēng)能利用的主要方向。
[0005]雖然人們對(duì)風(fēng)電的開發(fā)已有五十年之久，但主要集中在陸地上，建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)比較缺乏；海上風(fēng)電的主要缺點(diǎn)是在海水中建設(shè)塔架和平臺(tái)(海上變電站)的成本高，維護(hù)運(yùn)行的成本高等，從而對(duì)風(fēng)電機(jī)組及其電力傳輸?shù)母咝?、穩(wěn)定、可靠要求更高，同時(shí)在變流、輸電等多項(xiàng)技術(shù)上也有著不同的特點(diǎn)和要求，特別是，不同于陸地風(fēng)電，海上風(fēng)電利用高壓直流傳輸成為發(fā)展和應(yīng)用趨勢(shì)，效果極佳。
[0006]目前風(fēng)電機(jī)組主要以雙饋型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和直驅(qū)全功率變換型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為主，雙饋型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有較好的性價(jià)比，但對(duì)電網(wǎng)故障的穿越能力和支撐能力較弱，它的傳動(dòng)鏈必須要有大型齒輪箱，這對(duì)機(jī)組的可靠性和可維護(hù)性提出了更苛刻的要求；直驅(qū)全功率變換型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)變頻器并網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)故障的穿越能力較強(qiáng)，有一定的支撐電網(wǎng)能力，避免了齒輪箱的維護(hù)工作量，可靠性有所提高，但由于其轉(zhuǎn)速很低，隨著功率的增大，多極數(shù)永磁同步發(fā)電機(jī)的制造工藝復(fù)雜，技術(shù)難度大，電機(jī)體積大，造價(jià)高，海上安裝成本更高，同時(shí)隨著機(jī)組容量的不斷增大，配套的變頻器價(jià)格昂貴更增加了其使用成本。
[0007]開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子上無(wú)刷、無(wú)繞組、無(wú)永久磁體；其運(yùn)行時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電流源，這樣在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，輸出端電壓不會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，這非常適合于當(dāng)前主流的變速運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)，可提高風(fēng)能的利用效率；更重要的是它直接發(fā)出為直流電，適應(yīng)了當(dāng)前海上風(fēng)電以高效的直流方式進(jìn)行電力傳輸趨勢(shì)的需要，省去了整流環(huán)節(jié)；由于這些特性，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)可以在風(fēng)力直接驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)較高的發(fā)電效率，從而省去了齒輪箱，使整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔、可靠，這也正是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)；而在運(yùn)行過(guò)程中，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)可控參數(shù)多，如開通角、關(guān)斷角控制，電流斬波控制等，可方便的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制策略，靈活的控制輸出直流電壓和電流，也大大降低了低電壓穿越的技術(shù)壓力；可見，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)引入海上風(fēng)電，完全符合安裝困難、成本高、維護(hù)保養(yǎng)困難的海上風(fēng)電發(fā)展的需要，即高效率的實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)潔化意味著更高的可靠性更少的維護(hù)以及更低的安裝成本和設(shè)備采購(gòu)成本。
[0008]對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行電動(dòng)運(yùn)行的研宄開展的較早，目前已廣泛應(yīng)用于電力牽引、需要四象限運(yùn)行調(diào)速系統(tǒng)和在寬廣的速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)行的系統(tǒng)中。但對(duì)其發(fā)電運(yùn)行特性的研宄，直到20世紀(jì)80年代末才得到重視，并在航天起動(dòng)/發(fā)電機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域中展開了探索性的研宄。
[0009]理想的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)該是能夠變速運(yùn)行、直接驅(qū)動(dòng)，省去齒輪箱，減少不必要的保養(yǎng)工作；據(jù)此衡量開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，可以發(fā)現(xiàn)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)用于風(fēng)力發(fā)電具有以下具體優(yōu)勢(shì):(I)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，變速范圍寬，可以適應(yīng)不同風(fēng)速的要求，更高效的利用風(fēng)能；(2)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)效率高，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，可以省去齒輪箱，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率，提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量，降低發(fā)電成本；(3)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)制造簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子上無(wú)刷、無(wú)線圈、不需要永磁材料(稀土材料)等，因而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)的可靠性高、成本低；(4)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，控制靈活、控制參數(shù)多，可方便的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制策略，靈活的控制輸出的直流電壓和直流電流；(5)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)可以方便的發(fā)出電壓恒定的直流電，輸出電壓與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可以通過(guò)自身的控制器直接進(jìn)行調(diào)節(jié)，多臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)并網(wǎng)容易；(6)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)相繞組間無(wú)電耦合，其容錯(cuò)能力大大增強(qiáng)，即使在缺相的情況下，仍然可以維持工作(三相以上)；(7)開關(guān)磁阻電機(jī)的功率密度高，電機(jī)體積小，易于安裝運(yùn)輸，耐高溫性能好，十分適合風(fēng)力發(fā)電的海上工作環(huán)境；(8)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)具有自勵(lì)能力，只需小容量的直流起勵(lì)電源，便可建立工作電壓。實(shí)際應(yīng)用中，可以與蓄電池構(gòu)成互補(bǔ)系統(tǒng)，在風(fēng)力充足時(shí)，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)從蓄電池獲得起勵(lì)電源進(jìn)行發(fā)電，建立工作電壓后，發(fā)出的電能一方面給負(fù)載供電，同時(shí)給蓄電池充電，風(fēng)力不足時(shí)，蓄電池的儲(chǔ)能釋放出來(lái)，供負(fù)載使用。以上這些特點(diǎn)使得開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)應(yīng)非常適合用在風(fēng)力發(fā)電及海上風(fēng)電的場(chǎng)合中。
[0010]近年來(lái)，關(guān)于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)用于風(fēng)力發(fā)電的研宄和實(shí)踐也有一些，其中，專利1、CN 102223034 B，大型直驅(qū)開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其機(jī)組系統(tǒng)，2013.04.10 ;2、CN101686034 B，基于開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率自動(dòng)跟蹤方法，2012.04.25 ;3、CN102427323 B，開關(guān)磁阻風(fēng)電系統(tǒng)起動(dòng)控制和MPPT控制方法，2013.10.30，分別就高功率密度SRG設(shè)計(jì)和系統(tǒng)、SRG風(fēng)力發(fā)電最大功率自動(dòng)跟蹤方法和SRG風(fēng)力發(fā)電啟動(dòng)和最大功率跟蹤控制方面取得進(jìn)步并獲得授權(quán)專利。
[0011]在科研界，關(guān)于風(fēng)電結(jié)合開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的研宄，也主要聚焦于單機(jī)最大功率跟蹤方面，譬如:1、熊立新等.一種開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大風(fēng)能跟蹤方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24(11):1-7 ;2、Hedi Yahia 等.Differential evolut1n method-based outputpower optimisat1n of switched reluctance generator for wind turbine applicat1ns[J].1ET Renew.Power Gener.，2014，8(7):795-806 ;3、Da_Woon Choi等.A Studyon the Maximum Power Control Method of Switched Reluctance Generator for WindTurbine[J], IEEE TRANSACT1NS ON MAGNETICS，2014，50(I)。
[0012]但是，就開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)直流輸出變換的研宄或?qū)嵺`基本為空白。
[0013]國(guó)內(nèi)外研宄表明，采用高壓直流(High-Voltage Direct Current，簡(jiǎn)稱:HVDC)的方式傳輸電力對(duì)于海上風(fēng)電最為方便經(jīng)濟(jì)，而電壓源型變流器(Voltage SourceConverter，簡(jiǎn)稱:VSC)的HVDC(VSC-HVDC)以其控制靈活，體積小、具備黑啟動(dòng)能力等特點(diǎn)，特別適合被應(yīng)用于海上風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)的連接；現(xiàn)有利用HVDC與電網(wǎng)連接的風(fēng)場(chǎng)都采用在海上建立一個(gè)變電站的方式，因目前的海上發(fā)電機(jī)全部為交流發(fā)電機(jī)，要通過(guò)每臺(tái)交流發(fā)電機(jī)組連接的交流變壓器先升壓至中壓，然后集中到海上變電站轉(zhuǎn)換成直流輸送，由岸上變電站的逆變器逆變后連接交流電網(wǎng)；其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電能需要經(jīng)過(guò)多次交流和直流之間的轉(zhuǎn)換。
[0014]有些研宄則考慮到風(fēng)電機(jī)組本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以在一次變流后直接組成直流網(wǎng)絡(luò)，由直流并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將電能集中到海上直流升壓變電站，然后由直流傳輸?shù)桨渡献冸娬?，最后再逆變連接交流電網(wǎng)，這樣就降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，但僅僅是省去了升壓變壓器。
[0015]進(jìn)一步研宄表明，直接串聯(lián)連接已直流化的各風(fēng)電機(jī)組則更加經(jīng)濟(jì)，可無(wú)需升壓變壓器和海上變電站，多個(gè)低壓風(fēng)電機(jī)組直接串聯(lián)后成為所需的高壓直流，然后直接通過(guò)海底直流電纜傳輸?shù)疥懙刈冸娬荆朔N方式目前已成為海上風(fēng)電場(chǎng)電能匯聚的研宄熱點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]根據(jù)以上的【背景技術(shù)】，本實(shí)用新型結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)尤其是海上風(fēng)電場(chǎng)，針對(duì)直流串聯(lián)型風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)，提出采用開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)輸出電能的簡(jiǎn)單易行的Zeta升降壓型變換系統(tǒng)。
[0017]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0018]開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)，由開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101、Zeta升降壓斬波電路102、電力電子開關(guān)103、濾波器104組成；其技術(shù)特征在于，所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101的輸出直流電正負(fù)端連接所述的Zeta升降壓斬波電路102的輸入對(duì)應(yīng)兩端，Zeta升降壓斬波電路102的兩個(gè)輸出端的其中一端連接所述的電力電子開關(guān)103，電力電子開關(guān)103的另一端連接所述的濾波器104的輸入一端，濾波器104的另一輸入端連接Zeta升降壓斬波電路102的沒有與電力電子開關(guān)103直接連接的另一輸出端，濾波器104輸出兩端并與風(fēng)電場(chǎng)的其他開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)串聯(lián)。
[0019]眾多開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)la、lb、…的輸出均串聯(lián)連接。
[0020]所述的Zeta升降壓斬波電路102，由第一電容器Cl、第二電容器C2、第一電阻R1、第二電阻R2、電力電子開關(guān)VT、第一電抗器L1、第三電容器C3、電力二極管VD、第二電抗器L2、第四電容器C4組成，其技術(shù)特征在于，所述第一電容器Cl和所述第二電容器C2串聯(lián)后上下分別連接來(lái)自開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101輸出的正負(fù)極，所述第一電阻Rl和所述第二電阻R2串聯(lián)后上下分別連接來(lái)自開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101輸出的正負(fù)極，第一電容器Cl和第二電容器C2的中間串聯(lián)點(diǎn)與第一電阻Rl和第二電阻R2的中間串聯(lián)點(diǎn)連接，第一電阻Rl和第二電阻R2相對(duì)第一電容器Cl和第二電容器C2遠(yuǎn)離輸入端即開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101的輸出端，所述電力電子開關(guān)VT —端連接第一電阻Rl的上端即開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101的輸出正極端，電力電子開關(guān)VT的另一端連接所述第一電抗器LI 一端和所述第三電容器C3 —端，第一電抗器LI的另一端連接第二電阻R2的下端即開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101的輸出負(fù)極端，第三電容器C3的另一端連接所述電力二極管VD的負(fù)極端和所述第二電抗器L2的一端，電力二極管VD的正極端連接第一電抗器LI的一端即開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101的輸出負(fù)極端，第二電抗器L2的另一端連接所述第四電容器C4的一端并作為Zeta升降壓斬波電路102的輸出一端，第四電容器C4的另一端連接電力二極管VD的正極端即開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101的輸出負(fù)極端，同時(shí)作為該Zeta升降壓斬波電路102的輸出另一端。
[0021]電力電子開關(guān)103為常閉開關(guān)，當(dāng)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101或Zeta升降壓斬波電路102發(fā)生故障，或者風(fēng)力過(guò)小或過(guò)大需要停止發(fā)電時(shí)，將電力電子開關(guān)103斷開。
[0022]本實(shí)用新型的主要技術(shù)效果是:
[0023]本實(shí)用新型的開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)，由于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)直接發(fā)出直流電，省去了整流環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)降低了成本提高了可靠性，也因此，基于開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的直流輸電風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)才是真正意義上的全直流發(fā)輸電；而直流輸電的優(yōu)勢(shì)不言而喻，尤其是損耗小的優(yōu)點(diǎn)，海上風(fēng)場(chǎng)環(huán)境下的話采用的直流電纜鋪設(shè)于海底造成的污染也??；
[0024]目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于幾乎全部是交流發(fā)電機(jī)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸出端往往是采用先整流，然后逆變并采用高頻變壓器升壓后再整流為直流；或者發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電后先升壓變壓器升壓，然后再整流等模式，前者電能變換繁復(fù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而后者由于低頻變壓器的存在體積巨大，海上風(fēng)電場(chǎng)的話因此常需要加建海上變電站；而本實(shí)用新型的開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，成本低，考慮到開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)本身獨(dú)特的靈活的可控性和變換電路(Zeta升降壓斬波電路102)本身對(duì)電壓的調(diào)節(jié)能力，以及故障時(shí)電力電子開關(guān)103的保護(hù)作用，所以可不考慮隔離環(huán)節(jié)。
[0025]根據(jù)電力電子開關(guān)VT的開關(guān)占空比的調(diào)節(jié)，可靈活改變輸出直流電壓值，相對(duì)輸入電壓，輸出電壓可調(diào)范圍寬，這是繼開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)本身的調(diào)節(jié)功能之后又一可調(diào)節(jié)之處，可增強(qiáng)系統(tǒng)的低壓穿越及抗干擾能力和風(fēng)場(chǎng)電壓調(diào)節(jié)能力；雖然Zeta升降壓斬波電路102即使輸出相對(duì)最大電壓也難以與高壓直流輸電的母線電壓值能比，但眾多的開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)串聯(lián)則抬高了風(fēng)場(chǎng)電壓可達(dá)到所需的高壓值。
[0026]濾波器104的存在，使得直流電壓和電流平穩(wěn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1所示為本實(shí)用新型的海上風(fēng)電場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖2所示為本實(shí)用新型的開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)圖。
[0029]圖3所示為本實(shí)用新型的Zeta升降壓斬波電路圖。
[0030]圖中:la、lb、...]^代表各開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)，2代表海底電纜，3代表岸上變電站，101代表開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)，102代表Zeta升降壓斬波電路，103代表電力電子開關(guān)，104代表濾波器。

【具體實(shí)施方式】
[0031]針對(duì)如圖1所示的串聯(lián)型海上風(fēng)電場(chǎng)，開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)la、lb、…為多個(gè)風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及相應(yīng)的控制和電能變換裝置，各開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)輸出的直流電壓雖然相對(duì)風(fēng)電場(chǎng)母線電壓低的多，但眾多個(gè)開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)串聯(lián)可構(gòu)成直流高壓，經(jīng)由海底電纜2傳輸給岸上變電站3，再由岸上變電站3逆變后與外部交流電網(wǎng)連接。
[0032]開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)la、lb、…即開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)包括開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)1UZeta升降壓斬波電路102、電力電子開關(guān)103、濾波器104，如圖2所示，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)101完成對(duì)自身開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的常規(guī)控制和最大功率點(diǎn)跟蹤控制，Zeta升降壓斬波電路102實(shí)現(xiàn)電壓的升降可調(diào)節(jié)，濾波器104對(duì)預(yù)輸出的直流電進(jìn)行電壓和電流的濾波，電力電子開關(guān)103的作用是在開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)需停機(jī)時(shí)斷開，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)閉合。
[0033]圖3所示為Zeta升降壓斬波電路102，第一電容器Cl、第二電容器C2的作用是對(duì)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)直接發(fā)出的直流電濾波、電壓支撐，以及緊急情況下抑制電壓沖擊的作用，而第一電阻Rl和第二電阻R2則起到分別平衡第一電容器Cl和第二電容器C2的電壓，保護(hù)這兩個(gè)電容器的電壓均勻、安全，同時(shí)吸收第一電容器Cl和第二電容器C2多余電能的作用；第一電阻Rl和第二電阻R2的阻值相當(dāng)高，應(yīng)在百ΜΩ級(jí)別，因?yàn)殡娮柽^(guò)小會(huì)引起的較大的功率損耗并有過(guò)流的可能。
[0034]如圖3所示，電力電子開關(guān)VT可以是IGBT，或者其他可控的電力電子器件，如晶閘管，若采用晶閘管，需設(shè)置晶閘管關(guān)斷的輔助電路。
[0035]第一電抗器L1、第二電抗器L2的電感值需足夠大，以滿足相應(yīng)支路上電流平穩(wěn)的需要，第三電容器C3、第四電容器C4的電容值也需足夠大，以滿足其兩端電壓值的平穩(wěn)需要。
[0036]Zeta升降壓斬波電路102首次工作，當(dāng)電力電子開關(guān)VT處于閉合導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，Zeta升降壓斬波電路102輸入直流電壓經(jīng)電力電子開關(guān)VT向第一電抗器LI供電使其存儲(chǔ)電能，同時(shí)Zeta升降壓斬波電路102輸入直流電壓經(jīng)電力電子開關(guān)VT和第二電抗器L2向第三電容器C3、第四電容器C4充電并輸出；待電力電子開關(guān)VT關(guān)斷時(shí)，第一電抗器LI經(jīng)電力二極管VD向第三電容器C3充電，即第一電抗器LI先前儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)移至第三電容器C3，同時(shí)第二電抗器L2釋放的電能經(jīng)電力二極管VD輸出與濾波器104構(gòu)成回路；待到第二次開始電力電子開關(guān)VT處于閉合導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，由于此前第三電容器C3接收來(lái)自第一電抗器LI的電能，此時(shí)，除Zeta升降壓斬波電路102輸入直流電壓經(jīng)電力電子開關(guān)VT向第一電抗器LI供電使其存儲(chǔ)電能之外，同時(shí)是Zeta升降壓斬波電路102輸入直流電壓和第三電容器C3 —起共同經(jīng)第二電抗器L2輸出并向第四電容器C4充電。
[0037]通過(guò)對(duì)電力電子開關(guān)VT的閉合導(dǎo)通與斷開時(shí)間比例的調(diào)整，可改變?cè)揨eta升降壓斬波電路102的輸出電壓值，以適應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)故障或低壓穿越等干擾時(shí)的調(diào)節(jié)控制需要。
【權(quán)利要求】
1.開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)，由開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(101)、Zeta升降壓斬波電路(102)、電力電子開關(guān)(103)、濾波器(104)組成;其技術(shù)特征在于，所述開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(101)的輸出直流電正負(fù)端連接所述的Zeta升降壓斬波電路(102)的輸入對(duì)應(yīng)兩端，Zeta升降壓斬波電路(102)的兩個(gè)輸出端的其中一端連接所述的電力電子開關(guān)(103)，電力電子開關(guān)(103)的另一端連接所述的濾波器(104)的輸入一端，濾波器(104)的另一輸入端連接Zeta升降壓斬波電路(102)的沒有與電力電子開關(guān)(103)直接連接的另一輸出端，濾波器(104)輸出兩端并與風(fēng)電場(chǎng)的其他開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)，其特征是，所述的Zeta升降壓斬波電路(102)，由第一電容器(Cl)、第二電容器(C2)、第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、電力電子開關(guān)(VT)、第一電抗器(LI)、第三電容器(C3)、電力二極管(VD)、第二電抗器(L2)、第四電容器(C4)組成，其技術(shù)特征在于，所述第一電容器(Cl)和所述第二電容器(C2)串聯(lián)后上下分別連接來(lái)自開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(101)輸出的正負(fù)極，所述第一電阻(Rl)和所述第二電阻(R2)串聯(lián)后上下分別連接來(lái)自開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(101)輸出的正負(fù)極，第一電容器(Cl)和第二電容器(C2)的中間串聯(lián)點(diǎn)與第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)的中間串聯(lián)點(diǎn)連接，第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)相對(duì)第一電容器(Cl)和第二電容器(C2)遠(yuǎn)離輸入端即開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(101)的輸出端，所述電力電子開關(guān)(VT) —端連接第一電阻(Rl)的上端即開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(101)的輸出正極端，電力電子開關(guān)(VT)的另一端連接所述第一電抗器(LI) 一端和所述第三電容器(C3) —端，第一電抗器(LI)的另一端連接第二電阻(R2)的下端即開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(101)的輸出負(fù)極端，第三電容器(C3)的另一端連接所述電力二極管(VD)的負(fù)極端和所述第二電抗器(L2)的一端，電力二極管(VD)的正極端連接第一電抗器(LI)的一端即開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(101)的輸出負(fù)極端，第二電抗器(L2)的另一端連接所述第四電容器(C4)的一端并作為Zeta升降壓斬波電路(102)的輸出一端，第四電容器(C4)的另一端連接電力二極管(VD)的正極端即開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(101)的輸出負(fù)極端，同時(shí)作為該Zeta升降壓斬波電路(102)的輸出另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流輸出Zeta升降壓型電能變換系統(tǒng)，其特征是，所述電力電子開關(guān)(103)為常閉開關(guān)，當(dāng)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(101)或Zeta升降壓斬波電路(102)發(fā)生故障，或者風(fēng)力過(guò)小或過(guò)大需要停止發(fā)電時(shí)，將電力電子開關(guān)(103)斷開。
【文檔編號(hào)】H02M3/06GK204258294SQ201420778272
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】孫冠群 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院