CN101702522A - 配有功率跟踪分析的小型风力发电机组 - Google Patents

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王一鸣
许颇
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Abstract

本发明涉及风力发电装置，尤其配有功率跟踪分析的小型风力发电机组。在本发电机组的并网逆变器中配有功率跟踪装置，所述的跟踪装置将动态波动的瞬时功率进行平均，并以稳定风机输出整流电压的方式进行稳压控制，通过对功率的平均计算，来步进控制风机输出整流电压，依序采用PI控制器、PWM发生器至风机发电机组，采样的数据经功率跟踪计算后回到PI控制器，其计算方法为以电压对应功率的方式进行设定，当前功率值为：
Figure 200910198679.9_AB_0
，当采样到M+1点时，P(1)＝P(M+1)，进行一个循环。可以在风速快速增加的时候，尽量大的输出功率；当风速快速减小的时候，稳定发电机输出整流电压，减小发电机阻力矩，以使转速平稳下降。

Description

配有功率跟踪分析的小型风力发电机组
所属技术领域
本发明涉及风力发电装置，尤其配有功率跟踪分析的小型风力发电机组。
背景技术
不需要燃料、不占耕地、没有污染，运行成本低使风力发电产业发展前景非常广阔。风力发电的原理是：利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电在世界上形成一股热潮，以芬兰、丹麦等国家应用最广；我国风能资源十分丰富，尤其在西部地区大力提倡，但管理滞后影响风电“进步”。
目前火电平均4500元/kW，风电平均每8000～9000元/kW，平均造价高于火电。火电平均电价0.36元/千瓦时，风电平均电价为0.56元/千瓦时，影响电网并网发电的积极性。
另外，风电机组和系统设计技术、设备性能、效率以及技术工艺水平与欧洲相比存在很大差距。国产风电关键部件，如液压系统、联合器、电控等可靠性差，技术不够成熟。
一般风车有两大类，水平式风车(主轴垂直安装)，还有垂直式风车，后者比较广泛被应用，前者通常只用在小风车上。
风车的叶片受到风的吹拂后，旋转，当达到一定转速后，测量部分测量到转速足够，由于这个时候风车转时，带动了齿轮箱将转速略微提高。然后，后边是一台异步发电机。风车通常使用异步发电机，而不是同步发电机，因为他根本无法获得保证输出频率与转速相等，风车转速是一直在变化的，这样带动异步发电机，转得越快，电流越大，越慢则电流越小，当转速太小的时候，检测电路检测到，然后分离发电机与电网的连接，因为如果不分离，发电机转子速度小于同步速，他就成电动机了。
此外，风车发电，由于异步发电机性质决定，大风车通常都有一个逆变电源来初始化发电机的旋转磁场，而有的则依赖同步发电机，不过大多都为从电网反送电。也就是当转速到达一定程度后，即转速大于同步速后，将三相电接入发电机，电网给发电机送电，由于大于同步速运转的转子在旋转，这个时候他不消耗有功，而消耗无功，但发出有功电能，然后实现发电。
值得注意的是，异步发电机一定需要外部电源初始化他，是为了让他建立起旋转磁场，否则不能发电的，但他外部电源如果是220V50HZ，那么只要他的转速超过同步速，他转得越快，发出的电流就越大，电压和频率是不会发生变化的，是和给予他初始化电能的电网一致的。但风力发电机组在实时风力发电工作过程中，无法准确跟踪设定功率曲线。
发明内容
本发明需要解决的问题是风力发电机组在实时风力发电工作过程中，能准确跟踪设定功率曲线。
本发明提供一种配有功率跟踪设计的并网型小型风力发电机组，一种配有功率跟踪分析的小型风力发电机组，在本发电机组的并网逆变器中配有功率跟踪装置，所述的跟踪装置将动态波动的瞬时功率进行平均，并以稳定风机输出整流电压的方式进行稳压控制，通过对功率的平均计算，来步进控制风机输出整流电压，依序采用PI控制器、PWM发生器至风机发电机组，采样的数据经功率跟踪计算后回到PI控制器，其计算方法为以电压对应功率的方式进行设定，保存1、2…M点的功率采样值，当前功率值为：
Figure G2009101986799D0000031
当采样到M+1点时，P(1)＝P(M+1)，进行一个循环。
在本发电机组的并网逆变器中，采用一种非常适用于风力发电系统的功率跟踪算法使得整个系统可以工作在最优的功率输出状态。它采用一种时间窗的方式将动态波动的瞬时功率进行平均，并以稳定风机输出整流电压的方式进行稳压控制。通过对功率的平均计算，来步进控制风机输出整流电压，以电压跟踪方式进行控制，可以非常优化的跟踪设定功率曲线，以达到稳定跟踪的效果。
在上述方案基础上，所述的功率跟踪装置由DSP与微控制单元(MCU)连接，通过PC计算机和显示。进行数字信号处理，经单片机由PC显示和控制。
为提高本发明装置的性能，在小型发电机组上配有电磁干拢滤波器(EMI)。
本发明的优越性在于：可以在风速快速增加的时候，尽量大的输出功率；当风速快速减小的时候，稳定发电机输出整流电压，减小发电机阻力矩，以使转速平稳下降。
附图说明
附图1为带最大功率跟踪算法的逆变器结构简图
附图2本发明流程图
具体实施方式
附图1为带最大功率跟踪算法的逆变器结构简图和附图2本发明流程图所示，一种配有功率跟踪分析的小型风力发电机组，在本发电机组的并网逆变器中配有功率跟踪装置，所述的跟踪装置将动态波动的瞬时功率进行平均，并以稳定风机输出整流电压的方式进行稳压控制，通过对功率的平均计算，来步进控制风机输出整流电压，依序采用PI控制器、PWM发生器至风机发电机组，采样的数据经功率跟踪计算后回到PI控制器，其计算方法为以电压对应功率的方式进行设定，保存1、2…M点的功率采样值，当前功率值为：
Figure G2009101986799D0000041
当采样到M+1点时，P(1)＝P(M+1)，进行一个循环。
所述的功率跟踪装置由DSP与微控制单元(MCU)连接，通过PC计算机和显示。进行数字信号处理，经单片机由PC显示和控制。
在逆变器上配有电磁干拢滤波器(EMI)，提高控制电路的稳定性。
其中，PI调节器为“比例一积分”调节器，用于稳定整个控制环路，调节系统动态和静态特性。
PWM发生器为脉冲宽度调节，用于通过对高频脉冲的宽度(占控比)调节，达到控制脉冲大小的作用。

Claims (3)

1.一种配有功率跟踪分析的小型风力发电机组，其特征在于，在本发电机组的并网逆变器中配有功率跟踪装置，所述的跟踪装置将动态波动的瞬时功率进行平均，并以稳定风机输出整流电压的方式进行稳压控制，通过对功率的平均计算，来步进控制风机输出整流电压，依序采用PI控制器、PWM发生器至风机发电机组，采样的数据经功率跟踪计算后回到PI控制器，其计算方法为以电压对应功率的方式进行设定，保存1、2…M点的功率采样值，当前功率值为：
Figure F2009101986799C0000011
当采样到M+1点时，P(1)＝P(M+1)，进行一个循环。
2.根据权利要求1所述的配有功率跟踪分析的小型风力发电机组，其特征在于，所述的功率跟踪装置由DSP与微控制单元(MCU)连接，通过PC计算机和显示。进行数字信号处理，经单片机由PC显示和控制。
3.根据权利要求1所述的配有功率跟踪分析的小型风力发电机组，其特征在于，在逆变器上配有电磁干拢滤波器(EMI)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101917021A (zh) * 2010-08-05 2010-12-15 国电南京自动化股份有限公司 基于导数最优的功率转换及暂态储能控制方法
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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