用於風力發電機組的直流電源的製作方法
2023-06-02 01:01:31 1
專利名稱：用於風力發電機組的直流電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種風力發電技術領域的裝置，具體是一種用於風力發電機
組的直流電源。
背景技術：
目前，小型風力發電機組應用於低電壓直流供電系統日益普遍。這類供電系統弓| 入風力發電時往往採用以下三種方式1)風力發電機組輸出電壓與用電設備額定電壓一 致，其輸出電能經過整流後直接向蓄電池充電和用電設備供電；2)風力發電機組輸出電壓 高於用電設備額定電壓，輸出電能通過變壓器降壓後整流直接向蓄電池充電和用電設備供 電；3)風力發電機組輸出電壓高於用電設備額定電壓，輸出電能直接向與風力發電機組輸 出電壓一致的蓄電池組充電，然後通過其它設備(一般包括逆變器和開關電源)將高電壓 直流電能轉換為低電壓直流電能向用電設備供電。 風力發電技術中存在最大功率概念，即在一定風速下，風力發電機組在特定轉速 下可輸出最大功率。要實現最大功率跟蹤就必須控制風力發電機組轉速。從控制角度出 發，以上三種方式都不存在主動控制環節，屬被動控制；風力發電機組輸出電能(或以固定 比例降壓)整流後直接向蓄電池充電，蓄電池電壓直接決定了風力機組輸出功率，而此時 風力發電機組輸出功率往往不是最大值，而採用最大功率跟蹤技術可大幅度提高風力發電 機組的發電量。同時，整流直接充電方式對蓄電池充電缺乏必要的管理，影響蓄電池使用壽 命。 經過對現有技術的檢索發現，中國專利申請號200710147359. l，專利名稱為風 力發電機充電控制器和充電控制方法，公開了一種風力發電機充電控制器和充電控制方 法，將風力發電機發出的變頻、變壓的交流電通過整流電路整流成直流電，在整流電路後增 加包括有降壓斬波電路的充電控制器，通過設置斬波電壓值，將斬波後的直流電向蓄電池 充電。借鑑此技術，可提高風力發電機的可用風速範圍。但該技術僅僅通過設置斬波電壓 值的方式控制蓄電池恆壓充電，缺乏完善的蓄電池充放電管理。另一方面，雖然該技術拓寬 了風力發電機組的可用風速範圍，但沒有採取必要的方法實現風力發電機組的最大功率跟
蹤o
實用新型內容本實用新型針對現有技術存在的上述不足，提供一種用於風力發電機組的直流電 源，通過調整風力發電機組輸出功率主動控制風力發電機組轉速，實現最大功率跟蹤，同時 實現蓄電池全面管理。 本實用新型是通過以下技術方案實現的，本實用新型包括功率變換器、功率控制 器和控制電路，其中功率變換器的輸入端和功率控制器的輸入端分別與風力發電機組的 三相輸出端連接，功率變換器的輸出端連接蓄電池和用電設備，控制電路的輸入端與功率 變換器的信號端相連接，控制電路的輸出端分別與功率變換器和功率控制器的控制端相連接。 所述的功率變換器包括第一整流橋、輸入濾波電容、全橋變換器、高頻變壓器、全
橋整流橋和輸出濾波電容，其中第一整流橋的輸入端與風力發電機組的三相輸出端相連
接，第一整流橋的輸出端並接有輸入濾波電容，全橋變換器正極輸入端接輸入濾波電容正
極，全橋變換器負極輸入端接輸入濾波電容負極，全橋變換器輸出端接高頻變壓器原邊，高
頻變壓器副邊接全橋整流橋輸入端，全橋整流橋輸出端並接有輸出濾波電容。 所述的功率變換器先將風力發電機組產生的三相交流電能轉化為高電壓直流電
能，由控制電路控制功率變換器運行，將高電壓直流電能轉化為符合蓄電池特性的低電壓
直流電能，通過改變全橋變換器的脈衝寬度調整風力發電機組輸出功率進而主動控制風力
發電機組轉速，實現最大功率跟蹤，同時實現蓄電池全面管理。設定功率曲線可在一定範圍
內在線調整，使功率曲線符合現場要求。 所述的整流橋為三相二極體整流橋。 所述的全橋變換器為場效應電晶體構成的全橋電路。 所述的全橋變換器為快恢復二極體構成的全橋電路。
所述的功率控制器包括第二整流橋、功率管和功率電阻，其中第二整流橋的輸 入端與風力發電機組的三相輸出端相連接，第二整流橋的正極輸出端接功率電阻一端，功 率電阻另一端接功率管的集電極，功率管的射極接第二整流橋的負極輸出。 所述的功率管為絕緣柵雙極型電晶體。 所述的第二整流橋為三相二極體整流橋，該整流橋將風力發電機組產生的三相交 流電轉變為高電壓直流電能，通過控制電路控制功率管的通斷來控制功率電阻消耗功率以 控制風力發電機組轉矩。在蓄電池將滿時，通過功率控制器實現風力發電機組運行控制。 所述的控制電路包括微處理器、採樣電路、功率控制輸出電路、模擬放大電路、液 晶顯示屏、鍵盤和通信電路，其中採樣電路的輸出端接模擬放大電路的輸入端，模擬放大 電路的輸出端接微處理器的輸入端，功率控制輸出電路的輸入端接微處理器的輸出端，微 處理器同時連接液晶顯示屏、鍵盤以及通信模塊。 所述的控制電路通過採樣風力發電機組轉速、電壓、電流、蓄電池電壓、溫度等物 理量確定功率變換器和功率控制器的脈衝寬度，通過控制功率變換器和功率控制器控制風 力發電機組的正常運行和最大功率跟蹤。 本實用新型採用高於用電設備電壓的風力發電機組，利用高電壓減少發電機損耗 和傳輸損耗；採用功率變換器主動控制風力發電機組輸出功率，實現風力發電機組最大功 率跟蹤，同時實現蓄電池充電管理；採用功率控制器控制風力發電機組轉矩，實現風力發電 機組的安全運行。本實用新型不僅拓寬了風力發電機組的可用風速範圍，而且大大提高了 發電系統的整體效率，大大增強了風力發電機組安全性和可靠性。
圖1為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型的實施例作詳細說明本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限 於下述的實施例。
如圖l所示，本實用新型包括功率變換器1、功率控制器2和控制電路3，其中功 率變換器1的輸入端和功率控制器2輸入端分別與風力發電機組的三相輸出端相連接，功 率變換器1的輸出端分別連接至風力發電蓄電池或用電設備，控制電路3的輸入端與功率 變換器1的信號端相連接，控制電路3的輸出端和功率控制器2的控制端相連接。 所述的功率變換器1包括整流橋4、輸入濾波電容5、全橋變換器6、高頻變壓器 7、全橋整流橋8和輸出濾波電容9，其中風力發電機組三相輸出端接整流橋4的輸入端， 整流橋4輸出端並接有輸入濾波電容5，全橋變換器6正極端接輸入濾波電容5正極，全橋 變換器6負極端接輸入濾波電容5負極，全橋變換器6輸出端接高頻變壓器7原邊，高頻變 壓器7副邊接全橋整流橋8輸入端，全橋整流橋8輸出端並接有輸出濾波電容9。 所述的整流橋4為三相二極體整流橋。 所述的全橋變換器6為場效應電晶體構成的全橋電路。 所述的全橋整流橋8為快恢復二極體構成的全橋電路。
所述的功率控制器2包括整流橋4、功率電阻10和功率管11，其中風力發電機 組三相輸出接整流橋4的輸入端，整流橋4的正極輸出接功率電阻IO—端，功率電阻10另 一端接功率管11的集電極，功率管11的射極接整流橋4的負極輸出。 所述的功率管11為絕緣柵雙極型電晶體。 所述的整流橋4為三相二極體整流橋，該整流橋4將風力發電機組產生的三相交 流電轉變為高電壓直流電能，通過控制電路3控制功率管11的通斷來動態控制功率電阻10 消耗功率以控制風力發電機組轉矩。在蓄電池將滿時，通過功率控制器2實現風力發電機 組運行控制。 所述的控制電路3包括微處理器12、採樣電路13、功率控制輸出電路14、模擬放 大電路15、液晶顯示屏16、鍵盤17和通信電路18，其中採樣電路13的輸出端接模擬放大 電路15的輸入端，模擬放大電路15的輸出端接微處理器12的輸入端，功率控制輸出電路 14的輸入端接微處理器12的輸出端，微處理器12同時連接液晶顯示屏16、鍵盤17以及通 信模塊18。 所述的微處理器11為ATMEL公司的8位單片機ATMEGA32。 所述的採樣電路13為由霍爾傳感器構成的隔離採樣電路。 所述的功率控制輸出電路14為由隔離光耦和驅動晶片IXDP509構成的驅動電路。 所述的模擬放大電路15為運算放大器電路，將採樣電路13獲得的信號經過適當 變換送入微處理器的模擬量輸入端子。 所述的通信電路18為485方式，可通過485總線與上位機進行通信，滿足遠程監 控要求。 風力發電機組產生的三相交流電能經三相整流橋整流和輸入濾波電容平滑濾波 後轉變成紋波較小的直流高電壓。輸入濾波電容、全橋變換器、高頻變壓器、全橋整流器、輸 出濾波電容構成一個完整的全橋變換電路，通過控制電路控制全橋變換器的脈衝寬度將高 電壓直流電能轉變為低紋波的低電壓直流電能向蓄電池充電和用電設備供電。功率變換器 根據設定功率曲線調整輸出功率，以此控制風力發電機組轉速來實現最大功率跟蹤，而設定功率曲線可在一定範圍內在線調整，使功率曲線符合現場要求。同時，根據蓄電池充電的 特點實現蓄電池均充與浮充管理。功率變換器構建了風力發電機組與蓄電池及用電設備之 間的一個中間環節，該環節不僅實現了風力發電機組輸出電壓與蓄電池電壓的匹配，而且 通過主動控制風力發電機組轉速實現風力發電機組最大功率跟蹤和蓄電池管理。該方式減 小了電能傳輸損耗，同時擴寬了風力發電機組的可用風速範圍，實現了風能的最佳捕獲，大 大提高了發電系統的整體效率。
權利要求一種用於風力發電機組的直流電源，其特徵在於，包括功率變換器、功率控制器和控制電路，其中功率變換器的輸入端和功率控制器的輸入端分別與風力發電機組的三相輸出端連接，功率變換器的輸出端連接蓄電池和用電設備，控制電路的輸入端與功率變換器的信號端相連接，控制電路的輸出端分別與功率變換器和功率控制器的控制端相連接。
2. 根據權利要求1所述的用於風力發電機組的直流電源，其特徵是，所述的功率變換 器包括第一整流橋、輸入濾波電容、全橋變換器、高頻變壓器、全橋整流橋和輸出濾波電 容，其中第一整流橋的輸入端與風力發電機組的三相輸出端相連接，第一整流橋的輸出端 並接有輸入濾波電容，全橋變換器正極輸入端接輸入濾波電容正極，全橋變換器負極輸入 端接輸入濾波電容負極，全橋變換器輸出端接高頻變壓器原邊，高頻變壓器副邊接全橋整 流橋輸入端，全橋整流橋輸出端並接有輸出濾波電容。
3. 根據權利要求2所述的用於風力發電機組的直流電源，其特徵是，所述的第一整流 橋為三相二極體整流橋。
4. 根據權利要求2所述的用於風力發電機組的直流電源，其特徵是，所述的全橋變換 器為場效應電晶體構成的全橋電路。
5. 根據權利要求2所述的用於風力發電機組的直流電源，其特徵是，所述的全橋變換器為快恢復二極體構成的全橋電路。
6. 根據權利要求1所述的用於風力發電機組的直流電源，其特徵是，所述的功率控制器包括第二整流橋、功率管和功率電阻，其中第二整流橋的輸入端與風力發電機組的三 相輸出端相連接，第二整流橋的正極輸出端接功率電阻一端，功率電阻另一端接功率管的 集電極，功率管的射極接第二整流橋的負極輸出。
7. 根據權利要求6所述的用於風力發電機組的直流電源，其特徵是，所述的功率管為絕緣柵雙極型電晶體。
8. 根據權利要求6所述的用於風力發電機組的直流電源，其特徵是，所述的第二整流橋為三相二極體整流橋。
9. 根據權利要求1所述的用於風力發電機組的直流電源，其特徵是，所述的控制電路包括微處理器、採樣電路、功率控制輸出電路、模擬放大電路、液晶顯示屏、鍵盤和通信電 路，其中採樣電路的輸出端接模擬放大電路的輸入端，模擬放大電路的輸出端接微處理器 的輸入端，功率控制輸出電路的輸入端接微處理器的輸出端，微處理器同時連接液晶顯示 屏、鍵盤以及通信模塊。
專利摘要一種風力發電技術領域的用於風力發電機組的直流電源，包括功率變換器、功率控制器和控制電路，其中功率變換器的輸入端和功率控制器的輸入端分別與風力發電機組的三相輸出端連接，功率變換器的輸出端連接蓄電池和用電設備，控制電路的輸入端與功率變換器的信號端相連接，控制電路的輸出端分別與功率變換器和功率控制器的控制端相連接。本實用新型通過調整風力發電機組輸出功率主動控制風力發電機組轉速，實現最大功率跟蹤，同時實現蓄電池全面管理。
文檔編號H02P9/00GK201499010SQ20092030682
公開日2010年6月2日 申請日期2009年7月24日 優先權日2009年7月24日
發明者俞衛, 葉餘勝, 葉清貴 申請人:上海致遠綠色能源有限公司