一种永磁电机、风力发电机系统及其控制方法

摘要

本发明提供了一种永磁电机、风力发电机系统及其控制方法，所述永磁电机包括外电机和内电机构，其中：外定子、外绕组、外气隙、外永磁体和转子构成外电机；内定子、内绕组、内气隙、内永磁体和转子构成内电机；外电机和内电机在磁路上相互独立，外电机和内电机在电气上也互相独立。所述风力发电机系统以永磁电机和AC/DC、DC/DC和DC/AC变换器结构为基础，DC/DC变换器对前级AC/DC的输出直流电压进行从直流到直流的变换，该DC/DC变换器使用串联boost变换器。本发明通过提高发电机的功率和体积比(功率密度)来减小发电机的重量和体积,降低风力发电机组的成本，提高风电机组的可靠性。

主权项

一种双定子‑单转子永磁发电机的控制方法，其特征在于：所述双定子‑单转子结构的永磁电机，包括外电机和内电机，其中：外定子、外绕组、外气隙、外永磁体和转子构成一台独立的永磁电机，称为外电机；内定子、内绕组、内气隙、内永磁体和转子构成一台独立的永磁电机，称为内电机；转子厚度足够大使得转子上的磁通密度不过饱和，从而外电机和内电机在磁路上相互独立；外电机的外绕组和内电机的内绕组在电气上也无连接，从而外电机和内电机在电气上也互相独立；所述方法利用串联boost变换器，所述串联boost变换器至少包括第一子boost变换器和第二子boost变换器，其中：第一子boost变换器由第一电容C_1e﹑第一电感L_e﹑第一可控电力电子开关S_e﹑第一二极管D_e﹑第二电容C_2e连接而成，其中：第一电感L_e的一端和第一电容C_1e的正端相连，另一端和第一可控电力电子开关S_e的源级相连，第一电容C_1e的负端与第一可控电力电子开关S_e的发射级相连，第一二极管D_e的阳级与第一可控电力电子开关S_e的源级相连，第一二极管D_e的阴级与第二电容C_2e的正端相连，第二电容C_2e的负端与第一可控电力电子开关S_e的发射级相连；第二子boost变换器由第三电容C_1i﹑第二电感L_i﹑第二可控电力电子开关S_i﹑第二二极管D_i﹑第四电容C_2i连接而成，其中：第二电感L_i的一端和第三电容C_1i的正端相连，另一端和第二可控电力电子开关S_i的源级相连，第三电容C_1i的负端与第二可控电力电子开关S_i的发射级相连，第二二极管D_i的阳级与第二可控电力电子开关S_i的源级相连，第二二极管D_i的阴级与第四电容C_2i的正端相连，第四电容C_2i的负端与第二可控电力电子开关S_i的发射级相连；每个子boost变换器的输入为前级AC/DC变换器的输出，即U_dc1e,U_dc1i，每个子boost变换器的输出串联，得到一个总的直流电压U_dc，即U_dc＝U_dc1e+U_dc1i；该发电机采用功率闭环控制，具体为：首先根据当前的风电机组的转速ω_g和机组“功率P_opt‑转速ω_g”的关系曲线，查得参考功率P_opt；然后根据外电机和内电机的额定功率之比k，获得外电机的参考功率P_e^*和内电机的参考功率P_i^*，P_e^*＝k*P_opt，P_i^*＝(1‑k)*P_opt；再分别和外电机与内电机的实际输出功率P_e和P_i比较，P_e＝i_dce*U_dc1e，P_i＝i_dci*U_dc1i，误差输入到比例‑积分(PI)控制器后得到第一子boost变换器和第二子boost变换器的可控电力电子开关的占空比d_e﹑d_i；最后所得占空比d_e﹑d_i与三角波比较后即得到第一子boost变换器和第二子boost变换器的可控电力电子开关的门极开关信号G_se、G_si。