CN102832869A - 带有阻抗源的小型风力发电控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有阻抗源的小型风力发电控制器。本发明由风力发电机、三相整流桥、阻抗源网络、降压开关、续流开关、升压开关、输出电容、蓄电池、负载、电压传感器、电流传感器、信号调理电路、驱动电路、控制电路组成。本发明可以实现风力发电的升降压控制，有效提高系统的风能捕获能力，并且可以实现MPPT控制方式。本发明结构简单，成本低廉，可靠性较高，不会出现直通现象。

Description

带有阻抗源的小型风力发电控制器

技术领域

本发明涉及一种带有阻抗源的小型风力发电控制器，特别涉及一种利用永磁直驱式小型风力发电机给直流负载供电的控制装置，属于电气技术领域。

背景技术

目前小型永磁直驱风力发电系统应用越来越广泛，风力发电的效率是非常重要的一个指标，利用风力发电控制器可以有效提高风力发电系统的风能捕获能力。

风力发电受到气象因素的影响非常大，因此风力发电的输出也非常不稳定。在小型风力发电独立供电系统中，通常需要蓄电池等储能装置，以便想负载提供稳定的电能，因此风力发电控制器为了向蓄电池充电需要对风力发电机的输出电压进行调节。当风速较低时，风力发电机的输出电压经过整流以后低于蓄电池的电压，无法向蓄电池充电，因此当风速低于一定值时的风能无法利用。为了提高风能的利用，特别是提高低风速时的风能利用率，必须对风力发电机的输出做升压变换。通常的风力发电控制器多采用专门的升压控制器，利用升压变换器可以在风速较低时向蓄电池和负载供电。

当风速较高时，如果不对风力发电机的输出电压进行控制，则由于蓄电池的钳制作用，使风力发电机的转速被钳制到一定值。在一定的风速下，风力发电机的输出功率会随着其的转速变化而变化，而且有一个最大值。为了对风力发电输出功率的最大点进行追踪，就不能让蓄电池的电压将风力发电机的转速钳制住。这就需要利用降压控制器，对风力发电机的输出电压进行降压控制。

因此为了得到较高性能的风力发电控制系统，就需要有升压控制器还需要降压控制器，两者需要分别控制。综上所述，目前现有小型风力发电控制器存在很多缺点，一类是风能利用率低，另外一类是结构复杂，成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的问题，提出了一种带有阻抗源的小型风力发电控制器。主要目的就是利用阻抗源网络将风机和负载隔离开，使得系统的阻抗匹配更加容易，而通过对阻抗源网络的电流控制就可以实现风力发电输出的升降压控制，系统简单可靠，控制灵活效率较高，可以实现最大功率点追踪控制(MPPT)。

本发明的目的是这样实现的：

本发明由风力发电机、三相整流桥、阻抗源网络、降压开关、续流开关、升压开关、输出电容、蓄电池、负载、电压传感器、电流传感器、信号调理电路、驱动电路、控制电路组成；风力发电机的三相输出与三相整流桥的输入相连接，三相整流桥的输出与阻抗源网络相连接，升压开关并联在阻抗源网络输出端，降压开关和续流开关串联在一起，并且一端与升压开关的漏极接，另外一端与输出电容和蓄电池的正极相连，阻抗源网络的负端与输出电容和蓄电池的负极相连，负载并联在蓄电池两端，电压传感器和电流传感器分别用于检测风力发电的输出电压和电流，并经过信号调理电路与控制电路相连，控制电路通过驱动电路分别控制降压开关、续流开关、升压开关的动作。

所述三相整流桥由6个二极管组成不可控全桥整流电路。

所述阻抗源网络接在三相整流桥和功率开关之间，由上电感、下电感、左电容和右电容组成，左电容和右电容交叉分别并联在上电感和下电感两端。

所述降压开关、续流开关、升压开关均由功率场效应管(MOSFET)组成，可以提高开关频率，降低导通损耗。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

本发明的一个效果在于，可以实现风力发电的升降压控制，有效提高系统的风能捕获能力。

本发明的另外一个效果在于，通过一级变换可以有效降低系统损耗，很容易实现风力发电的最大功率点追踪控制。

本发明的另外一个效果在于，利用MOSFET的同步续流控制可以降低变换器的通太损耗，提高变换器的自身效率。

本发明的另外一个效果在于，系统结构简单，成本低廉，可靠性较高，不会出现直通现象。

附图说明

图1是带有阻抗源的小型风力发电控制器原理图；

图2是整流模块原理图；

图3是阻抗源网络原理图。

具体实施方式

实施例：

带有阻抗源的小型风力发电控制器，包括：

风力发电机101、三相整流桥102、阻抗源网络103、降压开关104、续流开关105、升压开关106、输出电容107、蓄电池108、负载109、电压传感器110、电流传感器111、信号调理电路112、驱动电路113、控制电路114；风力发电机101的三相输出与三相整流桥102的输入相连接，三相整流桥102的输出与阻抗源网络103相连接，升压开关106并联在阻抗源网络103输出端，降压开关104和续流开关105背靠背串联在一起，并且一端与升压开关106的漏极接，另外一端与输出电容107和蓄电池108的正极相连，阻抗源网络103的负端与输出电容107和蓄电池108的负极相连，负载109并联在蓄电池108两端，电压传感器110和电流传感器111分别用于检测风力发电的输出电压和电流，并经过信号调理电路112与控制电路114相连，控制电路114通过驱动电路113分别控制降压开关104、续流开关105、升压开关106的动作。

所述三相整流桥102由6个二极管组成不可控全桥整流电路。

所述阻抗源网络103接在三相整流桥102和功率开关之间，由上电感201、下电感202、左电容203和右电容204组成，左电容203和右电容204交叉后分别并联在上电感201和下电感202两端。

所述降压开关104、续流开关105、升压开关106均由功率场效应管(MOSFET)组成，续流开关105、升压开关106互补导通，可以提高开关频率，降低导通损耗。

本实施例上述内容具体解释如下：

如图1所示为带有阻抗源的小型风力发电控制器原理图，当风速较低时，风力发电机101的输出电压也较低。当三相整流桥102输出电压低于蓄电池108的电压时，控制电路114通过驱动电路113控制降压开关104的PWM占空比为100％，即始终保持导通状态，控制续流开关105、升压开关106处于互补导通状态，通过控制升压开关106的占空比就可以控制输出电压和电流的大小。

随着风速的提高，风力发电机101的输出电压也逐渐增加，当三相整流桥102输出电压高于蓄电池108的电压时，控制电路114通过驱动电路113控制升压开关106的PWM占空比为0，即始终保持关断状态，控制续流开关105的PWM占空比为100％，即始终保持导通状态，再通过控制降压开关104的占空比就可以控制输出电压和电流的大小。

由于阻抗源网络103的存在，风力发电机101和功率开关之间有一个阻抗缓冲网络，这样可以使功率开关不会产生直通现象，因此系统更加可靠，控制逻辑更加简单，也非常灵活，容易实现系统的最大功率点追踪控制算法。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。故凡依本发明之精神实质、形状、原理所作的变化或修饰，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种带有阻抗源的小型风力发电控制器，其特征在于，它由风力发电机(101)、三相整流桥(102)、阻抗源网络(103)、降压开关(104)、续流开关(105)、升压开关(106)、输出电容(107)、蓄电池(108)、负载(109)、电压传感器(110)、电流传感器(111)、信号调理电路(112)、驱动电路(113)、控制电路(114)组成；风力发电机(101)的三相输出与三相整流桥(102)的输入相连接，三相整流桥(102)的输出与阻抗源网络(103)相连接，升压开关(106)并联在阻抗源网络(103)输出端，降压开关(104)和续流开关(105)背靠背串联在一起，并且一端与升压开关(106)的漏极接，另外一端与输出电容(107)和蓄电池(108)的正极相连，阻抗源网络(103)的负端与输出电容(107)和蓄电池(108)的负极相连，负载(109)并联在蓄电池(108)两端，电压传感器(110)和电流传感器(111)分别用于检测风力发电的输出电压和电流，并经过信号调理电路(112)与控制电路(114)相连，控制电路(114)通过驱动电路(113)分别控制降压开关(104)、续流开关(105)、升压开关(106)的动作。

2.如权利要求1所述的带有阻抗源的小型风力发电控制器，其特征在于，三相整流桥(102)由6个二极管组成不可控全桥整流电路。

3.如权利要求1所述的带有阻抗源的小型风力发电控制器，其特征在于，阻抗源网络(103)接在三相整流桥(102)和功率开关之间，由上电感(201)、下电感(202)、左电容(203)和右电容(204)组成，左电容(203)和右电容(204)交叉后分别并联在上电感(201)和下电感(202)两端。

4.如权利要求1所述的带有阻抗源的小型风力发电控制器，其特征在于，降压开关(104)、续流开关(105)、升压开关(106)均由功率场效应管(MOSFET)组成，续流开关(105)、升压开关(106)互补导通，可以提高开关频率，降低导通损耗。

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