发明内容
[0006] 根据以上的背景技术，本发明就提出了一种能直接输出高电压、励磁蓄电池可自动充电和反向馈能的开关磁阻发电机变流器及其控制方法，适合于各类动力驱动包括风力驱动下，发电输出并网或直接负载的各类场合中应用。
[0007] 本发明的技术方案为：
[0008] 一种开关磁阻发电机变流器系统，其特征是，包括：蓄电池、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十四二极管、第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管、第十八二极管、第十九二极管、第二十二极管、第二十一二极管、第二十二二极管、第一相绕组一支绕组、第一相绕组二支绕组、第二相绕组一支绕组、第二相绕组二支绕组、第三相绕组一支绕组、第三相绕组二支绕组、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第八电容器、第九电容器、第十电容器、第十一电容器、第十二电容器、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、第六开关管、第七开关管、第一电感、第二电感、双向隔离变换器，其中所述蓄电池正极连接所述第一二极管阳极、所述第六二极管阳极、所述第十一二极管阳极、所述第二电感一端，蓄电池负极连接所述第一开关管阴极、所述第二电容器一端、所述第五二极管阴极、所述第二开关管阴极、所述第五电容器一端、所述第十二极管阴极、所述第三开关管阴极、所述第八电容器一端、所述第十五二极管阴极、所述第七开关管阴极、所述第二十二二极管阳极、所述第十二电容器一端、所述第五开关管阴极、所述第二十二极管阳极、所述第十一电容器一端、所述双向隔离变换器输出负极端，第一二极管阴极连接所述第二二极管阳极、所述第一相绕组一支绕组一端，第二二极管阴极连接所述第一电容器一端、所述第一相绕组二支绕组一端，第一相绕组一支绕组另一端连接第一电容器另一端、所述第三二极管阳极，第三二极管阴极连接第一相绕组二支绕组另一端、第一开关管阳极、所述第四二极管阳极、所述第三电容器一端，第四二极管阴极连接第二电容器另一端、所述第十六二极管阳极，第三电容器另一端连接第五二极管阳极、所述第十电容器一端、所述第六电容器一端、第十二极管阳极、所述第九电容器一端、第十五二极管阳极、双向隔离变换器输入负极端，并作为所述变流器系统的输出负极端，第十六二极管阴极连接第十电容器另一端、所述第十七二极管阴极、所述第十八二极管阴极、双向隔离变换器输入正极端，并作为所述变流器系统的输出正极端，第六二极管阴极连接所述第七二极管阳极、所述第二相绕组一支绕组一端，第七二极管阴极连接所述第四电容器一端、所述第二相绕组二支绕组一端，第二相绕组一支绕组另一端连接第四电容器另一端、所述第八二极管阳极，第八二极管阴极连接第二开关管阳极、第二相绕组二支绕组另一端、所述第九二极管阳极、第六电容器另一端，第九二极管阴极连接第五电容器另一端、第十七二极管阳极，第十一二极管阴极连接所述第三相绕组一支绕组一端、所述第十二二极管阳极，第十二二极管阴极连接所述第七电容器一端、所述第三相绕组二支绕组一端，第七电容器另一端连接第三相绕组一支绕组另一端、所述第十三二极管阳极，第十三二极管阴极连接第三相绕组二支绕组另一端、第三开关管阳极、所述第十四二极管阳极、第九电容器另一端，第十四二极管阴极连接第八电容器另一端、第十八二极管阳极，双向隔离变换器输出正极端连接第十一电容器另一端、所述第四开关管阳极、所述第十九二极管阴极，第四开关管阴极连接第十九二极管阳极、第二十二极管阴极、第五开关管阳极、所述第一电感一端，第一电感另一端连接第十二电容器另一端、所述第六开关管阳极、所述第二十一二极管阴极，第六开关管阴极连接第二十一二极管阳极、第二十二二极管阴极、第七开关管阳极、第二电感另一端；
[0009] 第一相绕组一支绕组、第一相绕组二支绕组组成第一相绕组，第二相绕组一支绕组、第二相绕组二支绕组组成第二相绕组，第三相绕组一支绕组、第三相绕组二支绕组组成第三相绕组。
[0010] 一种开关磁阻发电机变流器系统的控制方法，其特征是，开关磁阻发电机运行中，根据转子位置信息，当第一相绕组需投入工作时，闭合第一开关管，蓄电池给第一相绕组励磁储能，根据转子位置信息励磁结束时断开第一开关管，进入第一相绕组发电阶段；当第二相绕组需投入工作时，闭合第二开关管，蓄电池给第二相绕组励磁储能，根据转子位置信息励磁结束时断开第二开关管，进入第二相绕组发电阶段；当第三相绕组需投入工作时，闭合第三开关管，蓄电池给第三相绕组励磁储能，根据转子位置信息励磁结束时断开第三开关管，进入第三相绕组发电阶段；
[0011] 当蓄电池储能低于下限值时，第四开关管和第六开关管按照PWM模式开关工作，吸收来自变流器系统输出端的电能给蓄电池充电，其中第四开关管和第六开关管的开关相位差180度，根据蓄电池对充电电压、电流的要求调节第四开关管和第六开关管的开关占空比，待蓄电池满电后，第四开关管和第六开关管断开不工作；当变流器系统输出端的负载需求过大，并且蓄电池储能高于其下限值时，蓄电池的电能进行反向输出供电，具体经由第五开关管和第七开关管的PWM开关控制实现，它们的开关相位差为180度，开关占空比根据变流系统输出端对电压的要求而调节。
[0012] 本发明的技术效果主要有：
[0013] (1)每一相绕组在工作期间，只有一个开关管提供开关控制，并且为单脉波模式，开关频率低损耗低，相比传统不对称半桥式结构的至少两个开关管，降低了成本简化了控制。
[0014] (2)第一电容器(或第四电容器、第七电容器，以第一相绕组工作为例，下同)的引入，开关磁阻发电机励磁时第一电容器被充电承压，发电时作为输出电能端之一，辅助提高了输出电压，使得系统总的升压效果进一步提高，无需后续单独升压装置即可能满足负载或并网端的电压需要；同时，在本发明变流器系统结构下，励磁时两个支绕组并联获得强化励磁效果，此时输出端第二电容器和第三电容器串联输出升压，发电时两个支绕组串联升压，并与第一电容器和蓄电池串联，进一步提升输出电压，并且此时输出电压等于第二电容器和第三电容器电压(第二电容器和第三电容器变为并联关系)，所以在增加第一电容器、一相绕组分成两个支绕组、第二电容器和第三电容器等及其结构下，仅仅通过一个开关管，实现相当高的输出电压提升比，进而必要时节省了后续单独增加升压装置的可能性，简化了结构，降低了成本，提高了可靠性。
[0015] (3)变流器系统输出端为各相绕组分别工作后输出并联，由于开关磁阻发电机的特性，使得第十电容器端的受电均匀，电能质量较高，再基于以上所述的高输出电压提升比，从而不需要输出采用串联模式来升压(降低了电能质量)。
[0016] (4)关于蓄电池的充电和反向馈能，采用同一套变流系统实现，在充电时，第二电感端输出的电流连续，利于快速充电及充电质量提高，并且大小可调，以满足最佳充电效果，并且采用第四开关管和第六开关管的双级PWM调节，变换范围宽，两个开关管错开的PWM模式也进一步利于提升充电电能质量的提高，当然，自动充电功能也大大减轻了人工维护成本；而反向馈能的同一套系统的实现，则也具备重大意义，负载过大或故障，需要快速的大量电能输出时，蓄电池在许可范围内可利用同样的两级即第五开关管和第七开关管PWM变换及其交错180度模式，宽范围的经双向隔离变换器反向输出电能，特别在风电应用领域，尤其具备相当的价值。
[0017] (5)虽然第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管为高频PWM模式，但其工作时只能同时有两个开关管工作，正反向变换不可同时，另外，无论蓄电池充电，还是反向馈能，一般来说都是在相对极短时间或偶尔才投入工作的，所以各开关管损耗总体显得不大，同时，开关磁阻发电机变流器系统中常需要的隔离环节放在蓄电池正反向充电和馈能回路中，由于总的功率远小于各相绕组的励磁发电回路，从而双向隔离变换器的体积重量小，成本相对低，可靠性更好。
[0018] (6)此外，各相绕组励磁和发电回路中的各自一个开关管，其最大正反向电压明显低于输出端电压，最多为一个第二电容器或第三电容器的电压，即最大为输出端电压一半，而蓄电池充电及馈能所需的几个开关管，由于本身电路结构以及辅助电路的性质，以及蓄电池电压远小于变流器系统输出电压的实际情况，其几个开关管最大电压更低，从而损耗低，并且实际中基本无需几个开关管通过串并联分压分流构成一个开关管，可靠性高。
