開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，目前在國內(nèi)外已經(jīng)開始有所涉及。
[0003]從勵磁方式角度對開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)分類，有自勵和他勵兩種，他勵方式輸出發(fā)電電壓相對波動小，較穩(wěn)定，但依靠外部專門的直流電源，增加了日常維護(hù)的成本；自勵方式下，勵磁電源來自發(fā)電電壓輸出端，但傳統(tǒng)自勵方式下因勵磁電源和發(fā)電電源耦合，加之勵磁電流在發(fā)電機(jī)運行時的時有時無，波動大，從而也影響到發(fā)電機(jī)的輸出發(fā)電電壓和電流波動較大，電能質(zhì)量低。
[0004]目前，風(fēng)力發(fā)電與傳統(tǒng)的火力發(fā)電、水力發(fā)電及核能發(fā)電等主要的發(fā)電形式相比，發(fā)電成本高，年利用小時數(shù)低，具體表現(xiàn)為在風(fēng)速低于或高于一定值后，發(fā)電系統(tǒng)必需停機(jī)，如果能拓寬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電寬度，進(jìn)而可提高發(fā)電效益。
[0005]開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)自勵方式下，當(dāng)風(fēng)速較高并且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，因繞組電動勢明顯高于發(fā)電電壓而使得發(fā)電電流較高，進(jìn)一步促進(jìn)發(fā)電電壓的升高，并且如果此時輸電網(wǎng)絡(luò)耗電量也比較低，發(fā)電端輸出電容器無法吸收過多電能，從而被迫暫停發(fā)電機(jī)組的工作；如果采取一定措施，吸收發(fā)電電容器的多余電能為開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)勵磁所用，同時又降低發(fā)電電壓值并使其穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)以上的【背景技術(shù)】，本發(fā)明提出了一種開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)和控制方法，采用自勵方式，但勵磁電壓與發(fā)電電壓解耦，發(fā)電機(jī)低速時利用升降壓斬波電路保證有足夠的勵磁電壓，高速時吸收多余電能進(jìn)入勵磁環(huán)節(jié)，并保持發(fā)電電壓穩(wěn)定；該系統(tǒng)及方法能拓寬發(fā)電范圍、提高發(fā)電效率和效益。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]一種開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，包括風(fēng)力機(jī)、開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)、功率變換器主電路、升降壓DC/DC變換器、放電與回饋主電路、控制器、風(fēng)速儀；其特征是，所述的風(fēng)力機(jī)連接所述的開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)中的各相繞組與所述功率變換器主電路連接并受其控制，功率變換器主電路輸出連接所述的升降壓DC/DC變換器，升降壓DC/DC變換器的輸出連接所述的放電與回饋主電路，放電與回饋主電路也連接功率變換器主電路，所述的控制器與開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)、功率變換器主電路、升降壓DC/DC變換器、放電與回饋主電路、風(fēng)速儀連接。
[0009]所述的風(fēng)力機(jī)為可變槳結(jié)構(gòu)。
[0010]所述的開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)可變速運行。
[0011]所述的功率變換器主電路包括數(shù)條勵磁與發(fā)電支路、發(fā)電電容器、母線開關(guān)管、起始勵磁電源支路；所述的數(shù)條勵磁與發(fā)電支路為兩條到五條之間，即對應(yīng)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的相繞組數(shù)為兩相到五相之間，每條勵磁與發(fā)電支路有三個端子，最下端為功率變換器主電路的地端，向上連接勵磁開關(guān)管，所述勵磁開關(guān)管的正端即上端分出兩條支路分別連接開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的一相繞組和發(fā)電電力二極管，所述的相繞組另一端連接續(xù)流開關(guān)管，并作為發(fā)電輸出的母線負(fù)端同時是所述發(fā)電電容器的負(fù)極，所述續(xù)流開關(guān)管的另一端即正端連接所述的發(fā)電電力二極管另一端即負(fù)端，同時連接到功率變換器主電路發(fā)電輸出正端母線上，數(shù)條勵磁與發(fā)電支路并聯(lián)后輸出；輸出正端母線上連接所述的母線開關(guān)管一端，母線開關(guān)管另一端即負(fù)端連接所述的發(fā)電電容器正極并輸出，發(fā)電電容器兩端電壓即為發(fā)電電壓，輸出給負(fù)載；所述的起始勵磁電源支路上下分別接發(fā)電電壓負(fù)極和功率變換器主電路的地端，由一支勵磁電力二極管和起動蓄電池串聯(lián)組成，所述起動蓄電池極性為上正下負(fù)，所述勵磁電力二極管為下正上負(fù)。
[0012]所述升降壓DC/DC變換器的輸入兩端分別連接所述發(fā)電電容器的兩端，作為升降壓DC/DC變換器的輸入，升降壓DC/DC變換器由DC/AC/DC變換器、Cuk斬波電路、單向電力二極管組成；所述DC/AC/DC變換器的輸入兩端即為升降壓DC/DC變換器的輸入兩端，DC/AC/DC變換器由逆變電路、隔離變壓器、整流電路組成；它的輸出作為所述Cuk斬波電路的輸入，Cuk斬波電路輸出兩端中的正極端先串聯(lián)所述的單向電力二極管后作為升降壓DC/DC變換器的輸出正極端與Cuk斬波電路即升降壓DC/DC變換器的輸出負(fù)極端一起連接所述的放電與回饋主電路，單向電力二極管的正端接Cuk斬波電路的輸出正極端。
[0013]所述的放電與回饋主電路由放電開關(guān)管、儲能電抗器、回饋電力二極管、儲能電容器、儲能開關(guān)管組成；所述的放電開關(guān)管正端連接功率變換器主電路的輸出母線正端并經(jīng)母線開關(guān)管連接發(fā)電電容器正極，放電開關(guān)管另一端連接所述儲能電抗器和所述回饋電力二極管的負(fù)端，儲能電抗器另一端連接功率變換器主電路輸出母線負(fù)端即與發(fā)電電容器負(fù)極連接，同時與所述的儲能電容器正極和升降壓DC/DC變換器的輸出正極端連接，儲能電容器的另一端即負(fù)極端串聯(lián)所述的儲能開關(guān)管，儲能開關(guān)管的另一端即負(fù)端與回饋電力二極管的正端連接并一起與功率變換器主電路的地端及升降壓DC/DC變換器的輸出負(fù)極端連接。
[0014]所述全部開關(guān)管均為IGBT。
[0015]所述的控制器以高性能DSP為核心，接收風(fēng)速儀的風(fēng)速信號，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信號，功率變換器主電路中的各相繞組支路電流信號和母線電流、發(fā)電電壓信號，升降壓DC/DC變換器的輸出電壓信號，放電和回饋主電路的儲能電容器電壓信號，綜合處理這些信號，輸出控制全部開關(guān)管即各IGBT的驅(qū)動電路，驅(qū)動電路輸出控制相應(yīng)的IGBT0
[0016]一種開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制方法，采取固定發(fā)電關(guān)斷角，及電流斬波控制方式；
在系統(tǒng)初始起動階段，根據(jù)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置情況，由起動蓄電池經(jīng)起動電力二極管提供相繞組勵磁電流起動；
運行期間的控制方法，根據(jù)檢測的母線直流電壓和電流即功率的檢測計算值，運行中對系統(tǒng)的控制方法分三個區(qū)間:
區(qū)間一，當(dāng)輸出功率遠(yuǎn)小于額定功率，高于最低運行功率時，方法如下: 升降壓DC/DC變換器接收發(fā)電機(jī)輸出端的電能并斬波變換為另一直流電壓作為發(fā)電機(jī)相繞組的勵磁電源，調(diào)節(jié)升降壓DC/DC變換器中Cuk斬波電路唯一的斬波開關(guān)管的PWM占空比，即可在輸入電壓不變情況下改變輸出電壓即勵磁電壓，在輸入電壓變化時，也可通過調(diào)節(jié)占空比維持勵磁電壓不變；
當(dāng)檢測得到正在勵磁的相繞組相電流達(dá)到給定值時，提前關(guān)斷勵磁開關(guān)管開進(jìn)入發(fā)電階段；當(dāng)檢測得到正在勵磁的相繞組相電流在規(guī)定的勵磁結(jié)束時間仍不能達(dá)到給定值的話，勵磁開關(guān)管關(guān)斷的同時閉合續(xù)流開關(guān)管，進(jìn)入續(xù)流階段，相電流由于在繞組無外界電壓作用下，電流上升，在規(guī)定的續(xù)流時間結(jié)束前電流達(dá)到給定值的話則提前斷開續(xù)流開關(guān)管進(jìn)入發(fā)電階段，否則達(dá)最大續(xù)流時間后關(guān)斷續(xù)流開關(guān)管仍進(jìn)入發(fā)電階段:在下一相繞組勵磁之前，調(diào)節(jié)升降壓DC/DC斬波變換器的調(diào)壓開關(guān)管占空比，使得其輸出電壓即勵磁電壓升高，并重復(fù)如上的控制方法，若仍然