開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

1、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，是將絳動(dòng)力與輸出電畿連接的工具，它不僅直接影響到輸出電能的質(zhì)量和效率，也影響到整個(gè)風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能和結(jié)構(gòu)。因此，研制和選用適合于風(fēng)瞧轉(zhuǎn)換、運(yùn)行可靠、效率高、控制性能良好的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電工作的重要組成部分。目前在風(fēng)電市場(chǎng)，永磁同步電機(jī)和無(wú)刷雙饋電機(jī)是應(yīng)用的主流。近年來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展，開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究取得了一定的進(jìn)展。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是磁阻電機(jī)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)!微機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它既繼承了磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固的優(yōu)點(diǎn)，又在高速發(fā)展的電力電子和微機(jī)控制技術(shù)的支持下獲得了良好的可控性以及較高容錯(cuò)

2、能力。因此,它在驅(qū)動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,同時(shí)也在發(fā)電領(lǐng)域,如航天啟動(dòng)、發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等應(yīng)用方面，得到越來(lái)越多的重視。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、成本低、效率高、調(diào)速范圍寬、控制靈活等優(yōu)點(diǎn), 已在諸多工業(yè)領(lǐng)域的調(diào)速和傳動(dòng)得到應(yīng)用。1986 年，英國(guó)的N. N. Fulton 首先提出開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)并進(jìn)行了開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)研究， 之后R. Cardenas 等人研制成 7. 5 kW 開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 目前國(guó)外仍未有實(shí)用的開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投入使用（2004）。而國(guó)內(nèi)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究起步較晚，目前有中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)及浙江大學(xué)等正在從事相關(guān)的研究

3、，主要進(jìn)行理論研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面的工作。1、開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)適于風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)：普通的發(fā)電機(jī)如：異步發(fā)電機(jī)、感應(yīng)發(fā)電機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)要輸出固定電壓，其轉(zhuǎn)速也須固定，然而風(fēng)速是時(shí)刻變化的，所以風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)速必須固定不變(即恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng))，導(dǎo)致風(fēng)能利用效率低下。顯然，如果使用變速發(fā)電機(jī)就能提高風(fēng)能利用效率(即變速恒頻發(fā)電系統(tǒng))，而開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)正滿足了這樣的要求。設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般需要著重考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：( 1) 地將不斷變化的風(fēng)能高質(zhì)量轉(zhuǎn)換為頻率、電壓恒定的交流電或電壓恒定的直流電。( 2) 高效率的實(shí)現(xiàn)兩種能量轉(zhuǎn)換，以降低每度電的成本。( 3) 穩(wěn)定可靠的同電網(wǎng)、柴油發(fā)電機(jī)及其他發(fā)電裝置或儲(chǔ)

4、能系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，為用戶提供穩(wěn)定的電能。據(jù)此衡量開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，可以發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)用于風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢(shì):( 1) 開(kāi)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，尤其對(duì)于它勵(lì)方式，輸出電壓直接由勵(lì)磁電壓決定，而與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。在自勵(lì)方式下，也可以通過(guò)自身的控制器實(shí)現(xiàn)電壓恒定。( 2) 開(kāi)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，因此，成本低廉；不存在銅耗，發(fā)電效率高；同時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩低，動(dòng)態(tài)性能好。并且該系統(tǒng)是自同步運(yùn)行，低頻時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)那種變頻供電的感應(yīng)電機(jī)在低頻時(shí)出現(xiàn)的不穩(wěn)定和振蕩問(wèn)題。因此即使在風(fēng)速較低的情況下，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)。開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)也可以在風(fēng)力直接驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)

5、較高的發(fā)電效率，從而省去了齒輪箱，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加輕便、可靠，這也正是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。( 3) 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，能夠在寬廣的速度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，因而可以適應(yīng)不同風(fēng)速的要求，更高效地利用風(fēng)能。( 4) 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)可控參數(shù)多，如開(kāi)通角、關(guān)斷角、直流斬波限、勵(lì)磁電壓等，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。( 5) 若在直流輸出的基礎(chǔ)上采用逆變技術(shù)，則可以獲得所需幅值和頻率的交流電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。亦可以單獨(dú)或與其他發(fā)電裝置或儲(chǔ)能裝置聯(lián)合發(fā)電。( 6) 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)具有自勵(lì)能力，在自勵(lì)模式下，只需小容量的直流起勵(lì)電源，就可以自動(dòng)建立電壓。若與蓄電

6、池構(gòu)成互補(bǔ)系統(tǒng)，更可以體現(xiàn)分時(shí)勵(lì)磁和發(fā)電的優(yōu)勢(shì)。在風(fēng)力充足時(shí)，一方面，開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)從蓄電池獲得勵(lì)磁，另一方面，又給負(fù)載供電，同時(shí)給蓄電池充電( 由于 SRG 發(fā)出的電流脈動(dòng)有利于蓄電池的充電) 。將剩余的電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)風(fēng)力不足時(shí), 蓄電池的儲(chǔ)能將釋放出來(lái), 供負(fù)載使用。( 7) 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)各相在物理和電磁上相互獨(dú)立，即使缺相的情況下，仍可維持工作，具有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力。其功率變換器的開(kāi)關(guān)器件與繞組相串連，不存在交流變頻器中常出現(xiàn)的擊穿事故故障，因而更加可靠。此外，開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，耐高溫性能好，十分適合風(fēng)力發(fā)電的野外作業(yè)環(huán)境。綜上所述，關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中具有很

7、大的發(fā)展?jié)摿脱芯績(jī)r(jià)值。2、開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)， 如圖 1 所示以開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī) SRG 為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的核心。主要由六部分組成：圖1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成( 1) 風(fēng)力機(jī)，它是風(fēng)能/機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置；( 2) 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)SRG及其功率變換器；(3) 控制器，包括驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路、電壓電流檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路、單片機(jī)或 DSP 最小系統(tǒng)電路等；( 4) 蓄電池, 它是系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置;( 5) 逆變器和負(fù)載，如果負(fù)載是直流負(fù)載，則不需要逆變器；( 6) 輔助電源，用來(lái)給控制器提供+15V、+ 5V等多路電源。風(fēng)力發(fā)電是一種很有前途的發(fā)電技術(shù)，正得到快速發(fā)展。由于開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)和控制特點(diǎn)，開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)/ 電轉(zhuǎn)換效率高、可靠性高、容錯(cuò)能力強(qiáng)、性能/ 價(jià)格比好，在風(fēng)能利用中有著廣闊