風力發電微型逆變器裝置的製作方法

2023-12-04 15:26:56 2

本實用新型涉及風力發電技術領域，更為具體地，涉及一種適用於含整流器的永磁直驅風機的風力發電微型逆變器裝置。

背景技術：

風力發電因具有儲量大、清潔可再生等優點，已成為當前新能源發電的主要方向之一。小型風力發電具有成本低、安裝靈活的特點，廣泛應用於風力資源較好的西北部農村以及海島、邊防等大電網難以提供電力的地區。

對於併網運行的小型風力發電，其結構一般包括永磁直驅風機、整流器與逆變器。其中，逆變器多採用兩級式拓撲結構，前級為DC-DC變換電路，負責風機的最大功率跟蹤控制，後級為DC-AC變換電路，負責併網電流的控制。該拓撲結構的缺點為功率管數目較多，因而可靠性差。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於針對現有技術之弊端，提供一種適用於含整流器的永磁直驅風機的風力發電微型逆變器裝置，以有效提高小型風力發電的可靠性。

本實用新型提供的風力發電微型逆變器裝置，包括：第一正激變換器、第二正激變換器、LC濾波器、RCD吸收電路、LCL濾波器、第一驅動模塊、第二驅動模塊、轉速傳感器、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三功率管、第四功率管和MPU控制器；其中，第一電流傳感器的測量正端與永磁直驅風機中的整流器的單相輸出正端連接，第一電流傳感器的測量負端與LC濾波器的輸入正端連接，第一電流傳感器的測量信號輸出端與MPU控制器連接；LC濾波器的輸入負端與整流器的單相輸出負端連接，LC濾波器的輸出正端與RCD吸收電路的第一端連接，LC濾波器的輸出負端與第一正激變換器的輸入負端連接；RCD吸收電路的第二端與第一正激變換器的輸入正端連接，RCD吸收電路的第三端分別與第一正激變換器中第一功率管的漏極以及第二正激變換器中第二功率管的漏極連接；第一正激變換器的輸出正端與LCL濾波器的輸入正端連接，第一正激變換器的輸出負端與第二正激變換器的輸出負端連接；第三功率管的漏極與第一正激變換器的輸出正端連接，第三功率管的源極與第一正激變換器的輸出負端連接，第三功率管的柵極與第二驅動模塊的第一輸出端連接；第二正激變換器的輸入正端與LC濾波器的輸出正端連接，第二正激變換器的輸入負端與LC濾波器的輸出負端連接，第二正激變換器的輸出正端與LC濾波器的輸入負端連接，第二正激變換器的輸出負端與第一正激變換器的輸出負端連接；第四功率管的漏極與第二正激變換器的輸出正端連接，第四功率管的源極與第二正激變換器的輸出負端連接，第四功率管的柵極與第二驅動模塊的第二輸出端連接；LCL濾波器的輸入負端與第二正激變換器的輸出正端連接，LCL濾波器的輸出正端與第二電流傳感器的測量正端連接，LCL濾波器的輸出負端與單相電網的零線接線端連接；第一驅動模塊的第一輸出端與第一功率管的柵極連接，第一驅動模塊的第二輸出端與第二功率管的柵極連接，第一驅動模塊的第一輸入端和第二輸入端分別與MPU控制器連接；第二驅動模塊的第一輸出端與第三功率管的柵極連接，第二驅動模塊的第二輸出端與第四功率管的柵極連接，第二驅動模塊的第一輸入端和第二輸入端分別與MPU控制器連接；轉速傳感器的兩個輸入端分別與永磁直驅風機三相輸出端中的兩個輸出端連接，轉速傳感器的測量信號輸出端與MPU控制器連接；第一電壓傳感器的測量正端與LC濾波器中第一電容的正極連接，第一電壓傳感器的測量負端與第一電容的負極連接，第一電壓傳感器的測量信號輸出端與MPU控制器連接；第二電壓傳感器的測量正端與LCL濾波器中第四電容的正極連接，第二電壓傳感器的測量負端與第四電容的負極連接，第二電壓傳感器的測量信號輸出端與MPU控制器連接；第三電壓傳感器的測量正端與單相電網的火線接線端連接，第三電壓傳感器的測量負端與單相電網的零線接線端連接，第三電壓傳感器的測量信號輸出端與MPU控制器連接；第二電流傳感器的測量正端與LCL濾波器的輸出正端連接，第二電流傳感器的測量負端與單相電網的火線接線端連接，第二電流傳感器的測量信號輸出端與MPU控制器連接；MPU控制器分別與第一驅動模塊的第一輸入端、第二輸入端以及第二驅動模塊的第一輸入端、第二輸入端連接，還分別與轉速傳感器、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器和第二電流傳感器的測量信號輸出端連接。

另外，優選的結構是，LC濾波器包括：第一電感和第一電容；其中，第一電感的一端與第一電流傳感器的測量負端連接，第一電感的另一端與RCD吸收電路的第一端連接；第一電容的正極與RCD吸收電路的第一端連接，第一電容的負極與整流器的單相輸出負端連接。

此外，優選的結構是，RCD吸收電路包括：電阻、第二電容和第二二極體；其中，電阻的一端與LC濾波器的輸出正端連接，電阻的另一端與第二二極體的陰極連接；第二電容的正極與第二二極體的陰極連接，第二電容的負極與LC濾波器的輸出正端連接；第二二極體的陽極分別與第一功率管的漏極以及第二功率管的漏極連接，第二二極體的陰極與電阻的另一端連接，第二二極體的陰極還與第二電容的正極連接。

再者，優選的結構是，第一正激變換器包括：第一正激變壓器、第一功率管、第一二極體和第三二極體；其中，第一正激變壓器的輸入正端與RCD吸收電路的第二端連接，第一正激變壓器的輸入負端與第一功率管的漏極連接，第一正激變壓器的輸出正端與第一二極體的陰極連接，第一正激變壓器的輸出負端與第三二極體的陰極連接；第一功率管的源極與LC濾波器的輸出負端連接，第一功率管的柵極與第一驅動模塊的第一輸出端連接；第一二極體的陽極與LCL濾波器的輸入正端連接，第一二極體的陰極與第一正激變壓器的輸出正端連接；第三二極體的陽極與LCL濾波器的輸入正端連接，第三二極體的陰極與第一正激變壓器的輸出負端連接。

此外，優選的結構是，第二正激變換器包括：第二正激變壓器、第二功率管、第四二極體和第五二極體；其中，第二正激變壓器的輸入正端與LC濾波器的輸出正端連接，第二正激變壓器的輸入負端與第二功率管的漏極連接，第二正激變壓器的輸出正端與第四二極體的陰極連接，第二正激變壓器的輸出負端與第五二極體的陰極連接；第二功率管的源極與LC濾波器的輸出負端連接，第二功率管的柵極與第一驅動模塊的第二輸出端連接；第四二極體的陽極與LCL濾波器的輸入負端連接，第四二極體的陰極與第二正激變壓器的輸出正端連接；第五二極體的陽極與LCL濾波器的輸入負端連接，第五二極體的陰極與第二正激變壓器的輸出負端連接。

再者，優選的結構是，LCL濾波器包括：第三電容、第四電容、第二電感、第三電感、第四電感和第五電感；其中，第三電容的正極與第一正激變換器的輸出正端連接，第三電容的負極與第二正激變換器的輸出正端連接；第二電感的一端與第三電容的正極連接，第二電感的另一端與第四電容的正極連接；第三電感的一端與第四電容的正極連接，第三電感的另一端與第二電流傳感器的測量正端連接；第四電感的一端與第三電容的負極連接，第四電感的另一端與第四電容的負極連接；第四電容的正極與第二電感的另一端連接，第四電容的負極與第四電感的另一端連接；第五電感的一端與第四電容的負極連接，第五電感的另一端與單相電網的零線接線端連接。

此外，優選的結構是，第三功率管與第四功率管為P溝道功率管。

再者，優選的結構是，第一功率管與第二功率管為N溝道功率管。

與現有技術相比，本實用新型提供的風力發電微型逆變器裝置的有益效果為：

1、採用單級式拓撲結構，利用兩個正激變換器在電網電壓的正半波周期內與負半波周期內交替工作，並通過第三功率管與第四功率管進行併網電流換向，減少了逆變器裝置中功率管的使用數目，從而提高了逆變器裝置的可靠性；

2、通過對併網電流設定值的擾動實現了風力發電的最大功率跟蹤控制，從而可省去傳統逆變器裝置中用於最大功率跟蹤的DC-DC變換器。

附圖說明

通過參考以下結合附圖的說明及權利要求書的內容，並且隨著對本實用新型的更全面理解，本實用新型的其它目的及結果將更加明白及易於理解。在附圖中：

圖1為根據本實用新型實施例的風力發電微型逆變器裝置的結構圖。

其中的附圖標記包括：第一正激變換器1、第二正激變換器2、LC濾波器3、RCD吸收電路4、LCL濾波器5、第一驅動模塊6、第二驅動模塊7、轉速傳感器WT、第一電壓傳感器UT1、第二電壓傳感器UT2、第三電壓傳感器UT3、第一電流傳感器CT1、第二電流傳感器CT2、MPU控制器8、整流器9、單相電網10、永磁直驅風機GS、第一二極體～第五二極體D1～D5、第一功率管～第四功率管Q1～Q4、第一電容～第四電容C1～C4、第一電感～第五電感L1～L5、第一正激變壓器TX1、第二正激變壓器TX2、電阻R。

具體實施方式

在下面的描述中，出於說明的目的，為了提供對一個或多個實施例的全面理解，闡述了許多具體細節。然而，很明顯，也可以在沒有這些具體細節的情況下實現這些實施例。在其它例子中，為了便於描述一個或多個實施例，公知的結構和設備以方框圖的形式示出。

以下將結合附圖對本實用新型的具體實施例進行詳細描述。

圖1示出了根據本實用新型實施例的風力發電微型逆變器裝置的結構。

如圖1所示，本實用新型實施例提供的風力發電微型逆變器裝置，包括：第一正激變換器1、第二正激變換器2、LC濾波器3、RCD吸收電路4、LCL濾波器5、第一驅動模塊6、第二驅動模塊7、轉速傳感器WT、第一電壓傳感器UT1、第二電壓傳感器UT2、第三電壓傳感器UT3、第一電流傳感器CT1、第二電流傳感器CT2、第三功率管Q3、第四功率管Q4和MPU控制器8；其中，第一電流傳感器CT1的測量正端與永磁直驅風機GS中的整流器9的單相輸出正端連接，第一電流傳感器CT1的測量負端與LC濾波器3的輸入正端連接，第一電流傳感器CT1的測量信號輸出端與MPU控制器8連接；LC濾波器3的輸入負端與整流器9的單相輸出負端連接，LC濾波器3的輸出正端與RCD吸收電路4的第一端連接，LC濾波器3的輸出負端與第一正激變換器1的輸入負端連接。

RCD吸收電路4的第二端與第一正激變換器1的輸入正端連接，RCD吸收電路4的第三端分別與第一正激變換器1中第一功率管Q1的漏極以及第二正激變換器2中第二功率管Q2的漏極連接。

第一正激變換器1的輸出正端與LCL濾波器5的輸入正端連接，第一正激變換器1的輸出負端與第二正激變換器2的輸出負端連接。

第三功率管Q3的漏極與第一正激變換器1的輸出正端連接，第三功率管Q3的源極與第一正激變換器1的輸出負端連接，第三功率管Q3的柵極與第二驅動模塊7的第一輸出端連接。

第二正激變換器2的輸入正端與LC濾波器3的輸出正端連接，第二正激變換器2的輸入負端與LC濾波器3的輸出負端連接，第二正激變換器2的輸出正端與LC濾波器3的輸入負端連接，第二正激變換器2的輸出負端與第一正激變換器1的輸出負端連接。

第四功率管Q4的漏極與第二正激變換器2的輸出正端連接，第四功率管Q4的源極與第二正激變換器2的輸出負端連接，第四功率管Q4的柵極與第二驅動模塊7的第二輸出端連接。

LCL濾波器5的輸入負端與第二正激變換器2的輸出正端連接，LCL濾波器5的輸出正端與第二電流傳感器CT2的測量正端連接，LCL濾波器5的輸出負端與單相電網10的零線接線端連接。

第一驅動模塊6的第一輸出端與第一功率管Q1的柵極連接，第一驅動模塊6的第二輸出端與第二功率管Q2的柵極連接，第一驅動模塊6的第一輸入端和第二輸入端分別與MPU控制器8連接。

第二驅動模塊7的第一輸出端與第三功率管Q3的柵極連接，第二驅動模塊7的第二輸出端與第四功率管Q4的柵極連接，第二驅動模塊7的第一輸入端和第二輸入端分別與MPU控制器8連接。

轉速傳感器WT的兩個輸入端分別與永磁直驅風機GS三相輸出端中的兩個輸出端連接，轉速傳感器WT的測量信號輸出端與MPU控制器8連接。

第一電壓傳感器UT1的測量正端與LC濾波器3中第一電容C1的正極連接，第一電壓傳感器UT1的測量負端與第一電容C1的負極連接，第一電壓傳感器UT1的測量信號輸出端與MPU控制器8連接。

第二電壓傳感器UT2的測量正端與LCL濾波器5中第四電容C4的正極連接，第二電壓傳感器UT2的測量負端與第四電容C4的負極連接，第二電壓傳感器UT2的測量信號輸出端與MPU控制器8連接。

第三電壓傳感器UT3的測量正端與單相電網10的火線接線端連接，第三電壓傳感器UT3的測量負端與單相電網10的零線接線端連接，第三電壓傳感器UT3的測量信號輸出端與MPU控制器8連接。

第二電流傳感器CT2的測量正端與LCL濾波器5的輸出正端連接，第二電流傳感器CT2的測量負端與單相電網10的火線接線端連接，第二電流傳感器CT2的測量信號輸出端與MPU控制器8連接。

MPU控制器8分別與第一驅動模塊6的第一輸入端、第二輸入端以及第二驅動模塊7的第一輸入端、第二輸入端連接，還分別與轉速傳感器WT、第一電壓傳感器UT1、第二電壓傳感器UT2、第三電壓傳感器UT3和第二電流傳感器CT2的測量信號輸出端連接。

LC濾波器3包括：第一電感L1和第一電容C1；其中，第一電感L1的一端與第一電流傳感器CT1的測量負端連接，第一電感L1的另一端與RCD吸收電路4的第一端連接；第一電容C1的正極與RCD吸收電路4的第一端連接，第一電容C1的負極與整流器9的單相輸出負端連接。

RCD吸收電路4包括：電阻R、第二電容C2和第二二極體D2；其中，電阻R的一端與LC濾波器3的輸出正端連接，電阻R的另一端與第二二極體D2的陰極連接；第二電容C2的正極與第二二極體D2的陰極連接，第二電容C2的負極與LC濾波器3的輸出正端連接；第二二極體D2的陽極分別與第一功率管Q1的漏極以及第二功率管Q2的漏極連接，第二二極體D2的陰極與電阻R的另一端連接，第二二極體D2的陰極還與第二電容C2的正極連接。

第一正激變換器1包括：第一正激變壓器TX1、第一功率管Q1、第一二極體D1和第三二極體D3；其中，第一正激變壓器TX1的輸入正端與RCD吸收電路4的第二端連接，第一正激變壓器TX1的輸入負端與第一功率管Q1的漏極連接，第一正激變壓器TX1的輸出正端與第一二極體D1的陰極連接，第一正激變壓器TX1的輸出負端與第三二極體D3的陰極連接；第一功率管Q1的源極與LC濾波器3的輸出負端連接，第一功率管Q1的柵極與第一驅動模塊6的第一輸出端連接；第一二極體D1的陽極與LCL濾波器5的輸入正端連接，第一二極體D1的陰極與第一正激變壓器TX1的輸出正端連接；第三二極體D3的陽極與LCL濾波器5的輸入正端連接，第三二極體D3的陰極與第一正激變壓器TX1的輸出負端連接。

第二正激變換器2包括：第二正激變壓器TX2、第二功率管Q2、第四二極體D4和第五二極體D5；其中，第二正激變壓器TX2的輸入正端與LC濾波器3的輸出正端連接，第二正激變壓器TX2的輸入負端與第二功率管Q2的漏極連接，第二正激變壓器TX2的輸出正端與第四二極體D4的陰極連接，第二正激變壓器TX2的輸出負端與第五二極體D5的陰極連接；第二功率管Q2的源極與LC濾波器3的輸出負端連接，第二功率管Q2的柵極與第一驅動模塊6的第二輸出端連接；第四二極體D4的陽極與LCL濾波器5的輸入負端連接，第四二極體D4的陰極與第二正激變壓器TX2的輸出正端連接；第五二極體D5的陽極與LCL濾波器5的輸入負端連接，第五二極體D5的陰極與第二正激變壓器TX2的輸出負端連接。

LCL濾波器5包括：第三電容C3、第四電容C4、第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4和第五電感L5；其中，第三電容C3的正極與第一正激變換器1的輸出正端連接，第三電容C3的負極與第二正激變換器2的輸出正端連接；第二電感L2的一端與第三電容C3的正極連接，第二電感L2的另一端與第四電容C4的正極連接；第三電感L3的一端與第四電容C4的正極連接，第三電感L3的另一端與第二電流傳感器CT2的測量正端連接；第四電感L4的一端與第三電容C3的負極連接，第四電感L4的另一端與第四電容C4的負極連接；第四電容C4的正極與第二電感L2的另一端連接，第四電容C4的負極與第四電感L4的另一端連接；第五電感L5的一端與第四電容C4的負極連接，第五電感L5的另一端與單相電網10的零線接線端連接。

上述的第三功率管Q3與第四功率管Q4為P溝道功率管。

上述的第一功率管Q1與第二功率管Q2為N溝道功率管。

在本實用新型的一個具體實施方式中，永磁直驅風機GS的風輪直徑為1.3m，額定功率為300W，額定電壓為24V，額定轉速800r/min，啟動風速1m/s，額定風速10m/s，整流器9的型號為SQL50A/1000V。MPU控制器8選用TI公司的高性能浮點數位訊號處理器TMS320F28335；第一正激變壓器TX1與第二正激變壓器TX2均選用變比為12的變壓器；第一功率管Q1與第二功率管Q2的型號為TK50X15J1，第三功率管Q3與第四功率管Q4的型號為FQD3P50；第一電容C1選用2200uF的電解電容，第二電容C2選用0.47uF的無極性電容，第三電容C3與第四電容C4選用0.1uf的無極性電容；第一電感L1選用1mH的電感，LCL濾波器中的第二電感L2與第四電感L4選用0.5mH的電感，第三電感L3與第五電感L5選用0.1mH的電感；第一至第五二極體D1～D5的型號為C2D05120E；電阻R選用0.1歐姆的電阻；第一驅動模塊6與第二驅動模塊7的型號為MCP14E4；第一至第三電壓傳感器UT1～UT3採用霍爾電壓傳感器CHV-25P；第一電流傳感器CT1與第二電流傳感器CT2採用霍爾電流傳感器ACS712ELCTR-058-1；轉速傳感器WT採用電壓過零檢測式頻率計。

如上參照附圖以示例的方式描述了根據本實用新型提出的風力發電微型逆變器裝置。但是，本領域技術人員應當理解，對於上述本實用新型所提出的風力發電微型逆變器裝置，還可以在不脫離本實用新型內容的基礎上對其中的實現細節做出各種改進。因此，本實用新型的保護範圍應當由所附的權利要求書的內容確定。