一种开关磁阻风力发电机功率变换器及其控制方法与流程

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种开关磁阻风力发电机的功率变换器及其控制方法。

背景技术：

利用风力来发电是进入21世纪以来全球范围内积极倡导并获得大力发展的清洁无污染、可再生的能源利用方式。

国内外业界在风力发电机的应用上，以异步发电机和永磁同步发电机等交流发电机为主，多年来鲜少见到应用开关磁阻发电机的报道，虽然开关磁阻发电机相对具备结构简单坚固、散热方便、容错性强、效率也高于异步发电机等优点。

近年来电力系统中采用直流输电，以及微电网技术发展中直流传输和含风电的微电网系统被业界关注与发展，进一步给开关磁阻发电机的应用带来了契机，因为开关磁阻发电机直接发出直流电，至少减少了一个整流环节。

在风电领域，存在最低风速和最高风速的限定，也就是说，低于最低风速或高于最高风速的风速情况下，要停止运行发电；另外，在低于基速之后，发出的电能会降低；目前，如何拓宽可发电运行的风速范围，以及低速时提升发电能力，是风电领域研究和发展的热点问题。

还有，风电场往往坐落于偏远的野外、山坡、草原、海岛等没有人员常驻的地区，尽量少的维护工作量也是该领域的发展需要。

目前很少有将开关磁阻发电机用于风力发电系统的报道，那么，除了可适应更简单的系统结构，能否在应用开关磁阻发电机风力发电时在如上关注的几个热点问题上取得进步势必将成为业界的研究共识。

技术实现要素：

根据以上的背景技术，本发明提出了一种能分极提升励磁能力以获取更大的发电功率、拓宽能发电的风速宽度，降低系统维护工作量，及有效利用电能的智能化高效益中小功率开关磁阻风力发电机功率变换器及其控制方法。

本发明的技术方案为：

一种开关磁阻风力发电机功率变换器，由功率变换器主电路、起励电源、励磁电源、强化励磁电路、快速关断与日常电源电路组成；其中，所述功率变换器主电路输出正负极两端连接所述起励电源、所述励磁电源、所述快速关断与日常电源电路的各自输入两端，起励电源的输出正负极两端、所述强化励磁电路的输出正负极两端共同连接功率变换器主电路的输入两端，励磁电源的输出正负极两端连接强化励磁电路的输入两端，全部的5个组成部分的输入和输出负极端均短接。

功率变换器主电路由h条功率变换支路并联组成，分别为h相开关磁阻风力发电机的h相定子绕组的连接电路，h大于二小于四，每相定子绕组分为四个绕组分支，并对称集中绕制于4h个定子极结构的开关磁阻发电机的四个定子凸极上，每相绕组的功率变换支路即每条功率变换支路，由相绕组第一分支、相绕组第二分支、相绕组第三分支、相绕组第四分支、第一励磁开关管、第二励磁开关管、第一励磁二极管、第二励磁二极管、第三励磁二极管、第四励磁二极管、第一发电二极管、第二发电二极管、第三发电二极管、第四发电二极管、第五发电二极管组成；其中，所述第一励磁开关管与所述第一发电二极管串联连接，第一励磁开关管的阴极连接第一发电二极管的阴极，第一励磁开关管的阳极作为功率变换器主电路输入端正极，第一发电二极管的阳极作为功率变换器主电路输入端负极，所述第二励磁开关管与所述第五发电二极管串联连接，第二励磁开关管的阳极连接第五发电二极管的阳极，第二励磁开关管的阴极作为功率变换器主电路输出端负极，第五发电二极管的阴极作为功率变换器主电路输出端正极，所述第一励磁二极管、所述第二励磁二极管、所述第三励磁二极管的阳极，以及所述相绕组第四分支一端共同连接第一励磁开关管的阴极，第一励磁二极管的阴极连接所述第四发电二极管的阴极和所述相绕组第一分支一端，第二励磁二极管的阴极连接所述第三发电二极管的阴极和所述相绕组第二分支一端，第三励磁二极管的阴极连接所述第二发电二极管的阴极和所述相绕组第三分支一端，相绕组第四分支的另一端连接第二发电二极管的阳极和所述第四励磁二极管的阳极，相绕组第一分支另一端、第四发电二极管的阳极、相绕组第二分支另一端、第三发电二极管的阳极、相绕组第三分支另一端、第四励磁二极管的阴极共同连接第二励磁开关管的阳极。

所述起励电源由起励蓄电池、起励二极管、起励开关管、第一电容器、变换开关管、第一二极管、第一电感、第二电容器、第二二极管组成；其中，所述起励蓄电池与所述起励二极管串联，起励蓄电池的正极连接起励二极管的阳极，起励二极管的阴极作为起励电源的输出端正极，起励蓄电池的负极作为起励电源的输出端负极，所述起励开关管与所述第一电容器串联，起励开关管的阴极与第一电容器正极连接，第一电容器负极作为起励电源的输入端负极，起励开关管的阳极作为起励电源的输入端正极，所述变换开关管与所述第一二极管串联，变换开关管的阴极与第一二极管的阴极连接，变换开关管的阳极连接起励开关管的阴极，第一二极管的阳极连接所述第一电容器的负极，所述第一电感的一端连接第一二极管阴极，第一电感的另一端连接所述第二电容器的正极和所述第二二极管的阳极，第二电容器的负极连接起励蓄电池的负极，第二二极管的阴极连接起励蓄电池的正极。

所述励磁电源由励磁电容器和第三二极管组成，其中所述励磁电容器正极连接所述第三二极管的阴极，第三二极管的阳极作为励磁电源的输入正极，第三二极管的阴极即励磁电容器的正极作为励磁电源输出端正极，励磁电容器负极即为励磁电源的输入输出负极。

所述强化励磁电路由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第二电感、第三电容器、第四电容器、第四二极管、第五二极管、第三电感、第六二极管、第五电容器组成；其中，所述第一开关管的阴极和阳极分别作为强化励磁电路的输出端正极和输入端正极，所述第二开关管与所述第四开关管串联连接，所述第三开关管与所述第五开关管串联连接，第二开关管的阴极与第三开关管的阴极短接作为强化励磁电路的输入端与输出端负极，第二开关管阳极连接第四开关管阴极，第三开关管阳极连接第五开关管阴极，第四开关管阳极连接所述第二电感一端并连接所述第四二极管阳极，第二电感另一端连接第一开关管阳极，第四二极管阴极连接第五开关管阳极和所述第三电容器一端，第三电容器另一端连接第四开关管阴极，所述第四电容器一端与所述第五二极管阴极和所述第三电感一端连接，第五二极管阳极连接第四开关管阳极，第四电容器另一端连接第三开关管阳极，第三电感另一端连接所述第六二极管阳极，第六二极管阴极连接第一开关管阴极和所述第五电容器正极，第五电容器负极也是强化励磁电路输出端负极。

所述快速关断与日常电源电路由快关开关管、第七二极管、母线电容器、附加电容器、返充开关管、日常蓄电池组成；其中，所述快关开关管阳极连接功率变换器主电路输出端正极以及所述第七二极管阳极，快关开关管阴极连接所述母线电容器正极以及所述附加电容器负极并作为快速关断与日常电源电路输出第一端正极即整个开关磁阻风力发电机功率变换器电能输出端正极，第七二极管阴极连接附加电容器正极和所述返充开关管阳极，返充开关管阴极连接所述日常蓄电池正极，日常蓄电池负极连接附加电容器负极，日常蓄电池正负极两端作为快速关断与日常电源电路的输出第二端正负极，母线电容器负极作为快速关断与日常电源电路的输入端负极和输出第一端负极，同时也是整个开关磁阻风力发电机功率变换器电能输出端负极，日常蓄电池的输出第二端在用户用电前，需经过隔离变换环节。

本发明的开关磁阻风力发电机功率变换器的控制方法为：

根据检测得到的转子相对位置信号，预通电相绕组由功率变换器主电路中对应该相的功率变换支路运行控制，首先控制第一励磁开关管和第二励磁开关管闭合导通，如果此时发电机属于刚刚起步起动阶段，则由起励电源向该相绕组的四个分支绕组同时等压供电励磁，路径是经第一励磁开关管、并联的四个相绕组分支支路(第一励磁二极管串联相绕组第一分支的支路，第二励磁二极管串联相绕组第二分支的支路，第三励磁二极管串联相绕组第三分支的支路，相绕组第四分支串联第四励磁二极管的支路)、第二励磁开关管，根据转子位置，到达该励磁阶段结束时，关断第一励磁开关管和第二励磁开关管，此时进入续流发电阶段，四个分支绕组储存的能量将续流发电，电流流经路径为第一发电二极管、相绕组第四分支、第二发电二极管、相绕组第三分支、第三发电二极管、相绕组第二分支、第四发电二极管、相绕组第一分支、第五发电二极管，发电机起动后继续根据转子位置，三相绕组的功率变换支路轮流工作，功率变换器主电路经快速关断与日常电源电路向外部输电的同时，也向励磁电源中的励磁电容器充电，当励磁电源输出的励磁电压值即励磁电容器两端电压值增大到大于起励蓄电池的输出电压时，由于起励二极管的作用，起励电源将停止向功率变换器主电路供电励磁，改由励磁电源经由强化励磁电路向功率变换器主电路的各绕组供电励磁，此时第一开关管闭合，当需要更大励磁电压以提高励磁电流进而增强发电能力时，强化励磁电路中的第一开关管关断，强化励磁电路经过内部变换将励磁电源输出的电压变换后作为励磁电压；

起励电源由起励蓄电池经由起励二极管在发电机起动阶段提供励磁电压时，在起励蓄电池的输出电压满足需求的最低限度以上时，其起励开关管是关断状态，当检测到起励蓄电池的两端电压低于最低限度时，起励开关管闭合，直至起励蓄电池被充满电之后起励开关管再断开，在此期间，第一电容器、变换开关管、第一二极管、第一电感、第二电容器、第二二极管组成的变换电路完成对起励蓄电池的充电工作，通过调节变换开关管的开关占空比使得充电尽量保持稳定；

当起励电源在工作提供励磁电压期间，强化励磁电路中的五个开关管全部为断开状态；

当发电机起动完成并且励磁电源提供的励磁电压大于起励电源提供的励磁电压时，第一开关管闭合，强化励磁电路中其他开关管一律保持关断状态，励磁电源投入工作提供励磁电压；

当励磁电源输出的励磁电压不能满足发电机相绕组励磁阶段的励磁电压，以及根据风电系统负载需求需要进一步提高励磁电压以获取更大的初始续流发电电流以便获取更大的输出功率时，强化励磁电路中的第一开关管断开，强化励磁电路开始进行将励磁电源输出的励磁电压强化提升的工作，具体控制过程为：第二开关管和第三开关管闭合，第四开关管和第五开关管断开，来自励磁电源的电流经第二电感后，分为第四二极管、第三电容器、第二开关管组成的支路，以及第五二极管、第四电容器、第三开关管组成的支路，此时为充电模式；接下来进入放电模式，此时第二开关管和第三开关管断开，而第四开关管和第五开关管闭合，从而，电流的路径变为第二电感、第四开关管、第三电容器、第五开关管、第四电容器、第三电感、第六二极管，第二开关管和第三开关管，与第四开关管和第五开关管两组之间的开关时刻，根据充电模式时充电电压，以及放电模式下第五电容器两端电压是否达到上、下限定值来动作；

快速关断与日常电源电路在功率变换器主电路中没有绕组需要快速减小发电电流时其内部的快关开关管为闭合状态，当根据转子位置判断需要续流发电阶段的发电电流快速减小时，断开快关开关管，发电电流向附加电容器充电，此时功率变换器主电路的续流发电回路上承受的反向电压为母线电容器和附加电容器两端电压之和，使得续流发电阶段的发电电流快速降低到零；当检测到附加电容器两端电压超过限定值时，闭合返充开关管，将多余电能向日常蓄电池充电，当检测到附加电容器两端电压低于下限值时，断开返充开关管，日常蓄电池中的电能输出作为日常用电电源。

本发明的技术效果主要有：

首先，开关磁阻发电机用于风力发电，本身具备高于异步风力发电机的效率，有低于交流风力发电机尤其是永磁同步风力发电机的成本。

相比传统的功率变换器主电路结构，如不对称半桥型，本发明提出的功率变换器主电路及其控制方法实现了励磁电压四倍的提升，强化励磁电路的投入运行再次从励磁电源方面提升3倍的励磁电压值给绕组的励磁阶段；依据开关磁阻发电机的数学模型和运行原理，缩短励磁阶段时间、增加续流发电阶段电流是其本身提高功率输出能力的本质关键，那么，当励磁电流更短时间内达到所需值的话，则缩短了励磁阶段时间为更宽的续流发电区间进而提升功率输出能力创造了条件之一，当更大的励磁电流的获得势必也能获得更大的续流发电阶段的电流进而提升功率输出能力创造了条件之二，而提高励磁电压是提高励磁电流的有效手段，本发明相比能获得12倍的励磁电压溢值；

还有，当极低风速工况时，在风机系统变速装置的配合下，可以通过如上所述多倍增的励磁电压，提升励磁电流，增加发电电流的输出，励磁电源也能获得更多的反馈电能，从而使得系统相对更能维持正向的发电运行状态而不至于被迫停机，拓宽了发电宽度。

本发明起励电源中对起励蓄电池充电的电路装置，减少了维护工作量，譬如起励蓄电池电能耗尽，常规的结构下，需要人工更换蓄电池或者靠人工操作为蓄电池充电，本发明在这点上则实现了智能化。

快速关断与日常电源电路的设计，有两个作用，其一是加快续流发电阶段结束时的电流关断下降过程，通过断开快关开关管实现附加电容器上的相对相绕组的反向电压附加上去实现，避免电流进入电动工况区降低发电效率，同时也为尽量延迟续流发电的时刻获得更大发电区间提高发电效率服务；

其二是可有效利用附加电容器上多余的电能，通过返充开关管闭合后为日常蓄电池充电，该蓄电池的电能可为风电系统的控制器用电源或者附近的照明等等日常用电需要而服务，从而有效利用电能。

从本发明整个结构还可以发现，不像传统开关磁阻发电机功率变换系统，本发明的结构中完全不需要外供电源，实现自给自足。

附图说明

图1所示为本发明的开关磁阻风力发电机功率变换器电路结构图。

图2所示为本发明中的开关磁阻发电机绕组电感随转子位置变化线性波形图。

图1中：1、功率变换器主电路，2、起励电源，3、励磁电源，4、强化励磁电路，5、快速关断与日常电源电路。

具体实施方式

如附图1所示，本实施例的开关磁阻风力发电机功率变换器，由功率变换器主电路1、起励电源2、励磁电源3、强化励磁电路4、快速关断与日常电源电路5组成；功率变换器主电路1输出正负极两端连接起励电源2、励磁电源3、快速关断与日常电源电路5的各自输入两端，起励电源2的输出正负极两端、强化励磁电路4的输出正负极两端共同连接功率变换器主电路1的输入两端，励磁电源3的输出正负极两端连接强化励磁电路4的输入两端，全部的5个组成部分的输入和输出负极端均短接。

本实施例的开关磁阻风力发电机为常规结构型开关磁阻发电机，结构上为三相12/8极结构，功率变换器主电路1由三条功率变换支路并联组成，分别为三相开关磁阻风力发电机的三相定子绕组的连接电路，每相定子绕组分为四个绕组分支，并对称集中绕制于开关磁阻发电机的四个定子凸极上，每相绕组的功率变换支路即每条功率变换支路，由相绕组第一分支(m1、n1、o1)、相绕组第二分支(m2、n2、o2)、相绕组第三分支(m3、n3、o3)、相绕组第四分支(m4、n4、o4)、第一励磁开关管(v1、v3、v5)、第二励磁开关管(v2、v4、v6)、第一励磁二极管(d1、d10、d19)、第二励磁二极管(d2、d11、d20)、第三励磁二极管(d3、d12、d21)、第四励磁二极管(d4、d13、d22)、第一发电二极管(d5、d14、d23)、第二发电二极管(d6、d15、d24)、第三发电二极管(d7、d16、d25)、第四发电二极管(d8、d17、d26)、第五发电二极管(d9、d18、d27)组成；第一励磁开关管(v1、v3、v5)与第一发电二极管(d5、d14、d23)串联连接，其中第一励磁开关管(v1、v3、v5)的阴极连接第一发电二极管(d5、d14、d23)的阴极，第一励磁开关管(v1、v3、v5)的阳极作为功率变换器主电路1输入端正极，第一发电二极管(d5、d14、d23)的阳极作为功率变换器主电路1输入端负极，第二励磁开关管(v2、v4、v6)与第五发电二极管(d9、d18、d27)串联连接，其中第二励磁开关管(v2、v4、v6)的阳极连接第五发电二极管(d9、d18、d27)的阳极，第二励磁开关管(v2、v4、v6)的阴极作为功率变换器主电路1输出端负极，第五发电二极管(d9、d18、d27)的阴极作为功率变换器主电路1输出端正极，第一励磁二极管(d1、d10、d19)、第二励磁二极管(d2、d11、d20)、第三励磁二极管(d3、d12、d21)的阳极，以及相绕组第四分支(m4、n4、o4)一端共同连接第一励磁开关管(v1、v3、v5)的阴极，第一励磁二极管(d1、d10、d19)的阴极连接第四发电二极管(d8、d17、d26)的阴极和相绕组第一分支(m1、n1、o1)一端，第二励磁二极管(d2、d11、d20)的阴极连接第三发电二极管(d7、d16、d25)的阴极和相绕组第二分支(m2、n2、o2)一端，第三励磁二极管(d3、d12、d21)的阴极连接第二发电二极管(d6、d15、d24)的阴极和相绕组第三分支(m3、n3、o3)一端，相绕组第四分支(m4、n4、o4)的另一端连接第二发电二极管(d6、d15、d24)的阳极和第四励磁二极管(d4、d13、d22)的阳极，相绕组第一分支(m1、n1、o1)另一端、第四发电二极管(d8、d17、d26)的阳极、相绕组第二分支(m2、n2、o2)另一端、第三发电二极管(d7、d16、d25)的阳极、相绕组第三分支(m3、n3、o3)另一端、第四励磁二极管(d4、d13、d22)的阴极共同连接第二励磁开关管(v2、v4、v6)的阳极。

起励电源2由起励蓄电池x1、起励二极管d28、起励开关管v7、第一电容器c1、变换开关管v8、第一二极管d29、第一电感l1、第二电容器c2、第二二极管d30组成；起励蓄电池x1与起励二极管d28串联，起励蓄电池x1的正极连接起励二极管d28的阳极，起励二极管d28的阴极作为起励电源2的输出端正极，起励蓄电池x1的负极作为起励电源2的输出端负极，起励开关管v7与第一电容器c1串联，起励开关管v7的阴极与第一电容器c1正极连接，第一电容器c1负极作为起励电源2的输入端负极，起励开关管v7的阳极作为起励电源2的输入端正极，变换开关管v8与第一二极管d29串联，变换开关管v8的阴极与第一二极管d29的阴极连接，变换开关管v8的阳极连接起励开关管v7的阴极，第一二极管d29的阳极连接第一电容器c1的负极，第一电感l1的一端连接第一二极管d29阴极，第一电感l1的另一端连接第二电容器c2的正极和第二二极管d30的阳极，第二电容器c2的负极连接起励蓄电池x1的负极，第二二极管d30的阴极连接起励蓄电池x1的正极。

励磁电源3由励磁电容器c3和第三二极管d31组成，其中励磁电容器c3正极连接第三二极管d31的阴极，第三二极管d31的阳极作为励磁电源3的输入正极，第三二极管d31的阴极即励磁电容器c3的正极作为励磁电源3输出端正极，励磁电容器c3负极即为励磁电源3的输入输出负极。

强化励磁电路4由第一开关管v9、第二开关管v10、第三开关管v11、第四开关管v12、第五开关管v13、第二电感l2、第三电容器c4、第四电容器c5、第四二极管d32、第五二极管d33、第三电感l3、第六二极管d34、第五电容器c6组成；第一开关管v9的阴极和阳极分别作为强化励磁电路4的输出端正极和输入端正极，第二开关管v10与第四开关管v12串联连接，第三开关管v11与第五开关管v13串联连接，第二开关管v10的阴极与第三开关管v11的阴极短接作为强化励磁电路4的输入端与输出端负极，第二开关管v10阳极连接第四开关管v12阴极，第三开关管v11阳极连接第五开关管v13阴极，第四开关管v12阳极连接第二电感l2一端并连接第四二极管d32阳极，第二电感l2另一端连接第一开关管v9阳极，第四二极管d32阴极连接第五开关管v13阳极和第三电容器c4一端，第三电容器c4另一端连接第四开关管v12阴极，第四电容器c5一端与第五二极管d33阴极和第三电感l3一端连接，第五二极管d33阳极连接第四开关管v12阳极，第四电容器c5另一端连接第三开关管v11阳极，第三电感l3另一端连接第六二极管d34阳极，第六二极管d34阴极连接第一开关管v9阴极和第五电容器c6正极，第五电容器c6负极也是强化励磁电路4输出端负极。

快速关断与日常电源电路5由快关开关管v14、第七二极管d35、母线电容器c7、附加电容器c8、返充开关管v15、日常蓄电池x2组成；快关开关管v14阳极连接功率变换器主电路1输出端正极以及第七二极管d35阳极，快关开关管v14阴极连接母线电容器c7正极以及附加电容器c8负极并作为快速关断与日常电源电路5输出第一端正极即整个开关磁阻风力发电机功率变换器电能输出端正极，第七二极管d35阴极连接附加电容器c8正极和返充开关管v15阳极，返充开关管v15阴极连接日常蓄电池x2正极，日常蓄电池x2负极连接附加电容器c8负极，日常蓄电池x2正负极两端作为快速关断与日常电源电路5的输出第二端正负极，母线电容器c7负极作为快速关断与日常电源电路5的输入端负极和输出第一端负极，同时也是整个开关磁阻风力发电机功率变换器电能输出端负极；日常蓄电池x2的输出第二端在用户用电前，需经过隔离变换环节。

以上为本发明实施例的结构。

下面对本实施例结构的控制方法及工作原理进行说明。

本发明实施例的结构，即附图1所示结构，用于风力发电工况下的开关磁阻发电机电能产生及输出。

根据开关磁阻发电机工作原理，其仅有的绕组即定子绕组，在工作时，根据检测得到的转子相对位置信号，来确定其三相绕组中某相绕组需投入工作，此时其余两相绕组不工作即不励磁通电也不产生电能，投入工作的相绕组在工作中又先后分为励磁和续流发电两个连续的阶段，励磁阶段为相绕组吸收电能即由外在励磁电源供电阶段，续流发电阶段为相绕组将储存的磁能转化为电能输出即开关磁阻发电机发电输出阶段，相绕组续流发电阶段发出的电能必须大于励磁阶段吸收的电能的条件下，开关磁阻发电机才有工作意义。

考虑到风速是不稳定的、变化的，所以开关磁阻风力发电机功率变换器结构下的控制较为复杂，要考虑到不同风速特点下尽量输出最大的功率，以及高风速、低风速时发电机正常电能输出即正常工作的能力，控制方法至关重要。

当风速高，发电机转速也较大时，发电输出功率较高，当风速低，发电机转速也较低时，发电输出功率较低，可以考虑增大励磁提升绕组电流进而改善功率输出能力，当风速变化时，譬如风速从高变低时，为了尽量争取维持较大的发电能力，也需要提升励磁电压，等等，风速的频繁变化下，针对常见的变速风电系统，风力机拖动发电机在一定范围内也会变化，尽量增强发电能力，以及在极低风速下能有电能输出能力等是风电领域自然要考虑的技术进步问题。

当检测到转子凸极相对定子凸极位置后，预通电相绕组由功率变换器主电路1中对应该相的功率变换支路运行控制，首先是控制第一励磁开关管(v1、v3、v5)和第二励磁开关管(v2、v4、v6)闭合导通，如果此时发电机属于刚刚起步起动阶段，则由起励电源2向该相绕组的四个分支绕组同时等压供电励磁，路径是经第一励磁开关管(v1、v3、v5)、并联的四个相绕组分支支路(第一励磁二极管(d1、d10、d19)串联相绕组第一分支(m1、n1、o1)的支路，第二励磁二极管(d2、d11、d20)串联相绕组第二分支(m2、n2、o2)的支路，第三励磁二极管(d3、d12、d21)串联相绕组第三分支(m3、n3、o3)的支路，相绕组第四分支(m4、n4、o4)串联第四励磁二极管(d4、d13、d22)的支路)、第二励磁开关管(v2、v4、v6)，根据转子位置，到达该励磁阶段结束时，关断第一励磁开关管(v1、v3、v5)和第二励磁开关管(v2、v4、v6)，此时进入续流发电阶段，四个分支绕组储存的能量将续流发电，电流流经路径为第一发电二极管(d5、d14、d23)、相绕组第四分支(m4、n4、o4)、第二发电二极管(d6、d15、d24)、相绕组第三分支(m3、n3、o3)、第三发电二极管(d7、d16、d25)、相绕组第二分支(m2、n2、o2)、第四发电二极管(d8、d17、d26)、相绕组第一分支(m1、n1、o1)、第五发电二极管(d9、d18、d27)，发电机起动后继续根据转子位置，三相绕组的功率变换支路轮流工作，功率变换器主电路1经快速关断与日常电源电路5向外部输电的同时，也向励磁电源3中的励磁电容器c3充电，当励磁电源3输出的励磁电压值即励磁电容器c3两端电压值增大到大于起励蓄电池x1的输出电压时，由于起励二极管d28的作用，起励电源2将停止向功率变换器主电路1供电励磁，改由励磁电源3经由强化励磁电路4向功率变换器主电路1的各绕组供电励磁，第一开关管v9为闭合状态，当需要更大励磁电压以提高励磁电流进而增强发电能力时，强化励磁电路4中的第一开关管v9关断，强化励磁电路4经过内部变换将励磁电源3输出的电源电压升高作为励磁电压。

快速关断与日常电源电路5在功率变换器主电路1中没有绕组需要快速减小发电电流时其内部的快关开关管v14为闭合状态，当根据转子位置需要续流发电阶段的发电电流快速减小时，断开快关开关管v14，发电电流向附加电容器c8充电，此时功率变换器主电路1的续流发电支路上承受的反向电压(相对电流方向)为母线电容器c7和附加电容器c8之和，从而更快速的使得续流发电阶段的发电电流快速降低到零。

根据开关磁阻发电机基本理论，越大的励磁电压，就有越大的励磁电流，尤其励磁阶段结束时的励磁电流，就等于续流发电阶段的初始电流，该初始电流直接关系到输出电功率的大小；本发明实施例的功率变换器主电路1的结构，使得在励磁阶段时，励磁电源电压可直接加到每相绕组的四个分支绕组上(不考虑管压降情况下)，而不是传统方式下每相绕组各分支绕组串联后连接励磁电压(相当于每个分支绕组仅有本发明励磁电源电压的四分之一)，而续流发电阶段时，各个分支绕组的储能叠加输出。

起励电源2由起励蓄电池x1经由起励二极管d28在发电机起动阶段时工作，提供励磁电压，在起励蓄电池x1的输出电压满足需求的最低限度以上时，其起励开关管v7是关断状态，当检测到起励蓄电池x1的两端电压低于最低限度时，起励开关管v7闭合，直至起励蓄电池x1被充满电之后起励开关管v7再断开，在此期间，第一电容器c1、变换开关管v8、第一二极管d29、第一电感l1、第二电容器c2、第二二极管d30组成的变换电路完成对起励蓄电池x1的充电工作，具体工作过程为：第一电容器c1将从功率变换器主电路1输出的电能进行滤波以及电压支撑工作，在工作期间，当变换开关管v8闭合导通时，第一电感l1和第二电容器c2被充电，随后当变换开关管v8断开时，此时将有电流经第一电感l1后经过第一二极管d29续流，通过控制变换开关管v8的开关占空比，获取满足要求的第二电容器c2两端电压，第二电容器c2作为电源经由第二二极管d30向起励蓄电池x1充电，在此期间当变换开关管v8断开时，供充电的电压下降，变换开关管v8闭合时，供充电的电压再次上升，调节变换开关管v8的开关占空比也使得充电尽量保持稳定，第二电容器c2主要起到稳定电压波动的作用，即滤波作用，第二二极管d30的作用主要防止起励蓄电池x1的电能反向流入它的充电电路元件中浪费电能。

励磁电源3本身电能来自于功率变换器主电路1即发电输出的电能，第三二极管d31的作用是确保电能单向流动，当发电机起动完成并且励磁电源3提供的励磁电压即励磁电容器c3两端电压大于起励电源2提供的励磁电压即起励蓄电池x1两端电压时，第一开关管v9闭合状态，强化励磁电路4中其他开关管一律关断状态，励磁电源3投入工作提供励磁电压。

当励磁电源3输出的励磁电压即励磁电容器c3两端电压能满足发电机相绕组励磁阶段的励磁电压，或无需进一步提高励磁电压以获取更大的初始续流发电电流时，强化励磁电路4中的第一开关管v9为闭合状态，此时第二开关管v10、第三开关管v11、第四开关管v12、第五开关管v13为断开状态，另外，当起励电源2在工作提供励磁电压期间，强化励磁电路4中的五个开关管全部为断开状态；

当第一开关管v9闭合，励磁电源3提供的励磁电压不足以满足需求，需要进一步提高励磁电压时，包括励磁电源3提供的励磁电压低于起励电源2提供的励磁电压情况，则第一开关管v9断开，强化励磁电路4开始进行将励磁电源3输出的励磁电压强化提升的工作，基本原理是在开关管的开关作用下，根据电容与电感发生谐振的机理实现，具体过程为：第二开关管v10和第三开关管v11闭合，第四开关管v12和第五开关管v13断开，来自励磁电源3的电流经第二电感l2后，分为第四二极管d32、第三电容器c4、第二开关管v10组成的支路，以及第五二极管d33、第四电容器c5、第三开关管v11组成的支路，此时为充电模式，稳态，第二电感l2、第三电容器c4、第四电容器c5通过谐振机理充电；接下来进入放电模式，此时第二开关管v10和第三开关管v11断开，而第四开关管v12和第五开关管v13闭合，从而，电流的路径变为第二电感l2、第四开关管v12、第三电容器c4、第五开关管v13、第四电容器c5、第三电感l3、第六二极管d34，第五电容器c6起到储能和滤波作用，重要的是，此时可见的输出端电压(第五电容器c6两端电压)是3倍的输入端电压，也就是说，经过以上的变换工作，强化励磁电路4可将原励磁电源3输出的励磁电压提高到3倍；第二开关管v10和第三开关管v11，与第四开关管v12和第五开关管v13两组之间的开关时刻，根据充电模式时充电电压(达到元件最高限定值后)，以及放电模式下第五电容器c6两端电压(低于限定值后)来动作。

快速关断与日常电源电路5完成续流发电阶段快速结束以及利用余能供日常用电的作用；

首先，结合开关磁阻发电机的发电工况下电压平衡方程：

式(1)中，e为相感应电动势，ψ为磁链，ω为角速度，为变压器电动势；为运动电动势。

开关磁阻电机的瞬时电磁转矩公式为：

再结合附图2所示的开关磁阻发电机电感随转子位置变化的线性模型可见，在θ2～θ3区间电感正向上升变化，此时绕组中电流将产生正向力矩，电机作为开关磁阻电动机状态运行，在θ1～θ2和θ3～θ4区间时，电感大小不变，运动电动势为零，此时为了维持电压平衡，电流会出现增大趋势，电磁转矩为零，所以一般设计的电机，在电感平行区非常短，而在θ4～θ5区间，此时符合开关磁阻发电机的产生反向力矩的发电条件，所以，作为开关磁阻发电机，θ4～θ5区间为其发电运行区间较佳，在定转子凸极中心线重合位置到θ4之前进入励磁阶段，续流发电阶段发电电流在θ5左右并且必须在定子凸极中心线与转子凹槽中心线重合之前结束，否则将进入电动运行状态，极大影响发电效益和效率；但是为了保证续流发电平均电流较大以利于电能输出能力提高，本发明实施例就考虑在进入电动运行状态前，尽量短的时间内使得发电电流迅速降到零，从而设计了快速关断与日常电源电路5。

在发电机励磁阶段或续流发电阶段等不需要降低续流发电电流期间，快速关断与日常电源电路5中的快关开关管v14一直处于闭合状态，从而功率变换器主电路1输出的电能除了补充励磁电源3和起励电源2的起励蓄电池x1充电之外，都途径快速关断与日常电源电路5的快关开关管v14输出给负载或微直流电网使用；当检测转子位置，续流发电阶段即将结束时，断开快关开关管v14，此时电流将流经第七二极管d35向附加电容器c8充电，附加电容器c8两端建立电压，此时返充开关管v15为断开状态，从而可见在续流发电的路径(第一发电二极管(d5、d14、d23)、相绕组第四分支(m4、n4、o4)、第二发电二极管(d6、d15、d24)、相绕组第三分支(m3、n3、o3)、第三发电二极管(d7、d16、d25)、相绕组第二分支(m2、n2、o2)、第四发电二极管(d8、d17、d26)、相绕组第一分支(m1、n1、o1)、第五发电二极管(d9、d18、d27))输出侧的发电电压变为母线电容器c7两端电压与附加电容器c8两端电压之和，不考虑续流发电路径中的各二极管管压降，那么此时相绕组承受的反向电压是输出端该两个电容器端电压叠加之和，从而相比仅有母线电容器c7两端电压来说，更大的反向电压自然能加快绕组中电流的下降；待电流降到零立即闭合快关开关管v14，在运行工作过程中，只有当检测到附加电容器c8两端电压超过限定值时，闭合返充开关管v15，将多余电能向日常蓄电池x2充电，当检测到附加电容器c8两端电压低于下限值时，断开返充开关管v15，日常蓄电池x2中的电能输出作为日常用电电源，如该风电系统设备中控制装置的电源来源，以及日常照明等用电来源，另外在日常蓄电池x2的输出端另接有隔离型dc/dc变换器或者其他隔离装置，否则对后续的用电装置的绝缘系统将产生较大考验。