CN103199601B - 一种提高小型风力发电机输出功率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高小型风力发电输出功率的方法，当风速大于风力发电机的启动风速后，风力发电机输出三相交流电，三相交流电经整流桥变为直流电；控制器检测整流桥输出的直流电，当直流电电压超过充电电压时，控制器通过接通旁通电路的模拟开关，将直流电通过旁通电路接入充电电路，为蓄电池充电；若整流桥输出的直流电压小于充电电压，则控制器通过接通升压电路的模拟开关，将直流电通过升压电路升压后，接入充电电路；本发明的方法能够保证在较低风速时风力发电机就能运转，风力发电机转起来就能获得最大输出功率，有效地利用风能，且维持风机运行的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电输出功率控制策略，具体涉及一种提高小型风力发电机输出功率的方法。
背景技术
风力资源是取之不尽、用之不竭的可再生能源，并且无空气污染、不产生废弃物，是一种清洁的能源。风力发电是最常用的一种风能利用形式，也是新能源中技术最成熟，最具开发条件和商业化前景的发电方式之一。风能具有一定的动能，通过时风轮转动将风能转化为机械能，然后带动发电机发电，再通过不可控三相整流器等设备从而得到稳定的直流电，一部风供给蓄电池充电，另一部分通过逆变器输出交流电，供给交流负载。但是，由于自然界风的不确定性，风速随着时间的不同而无规律的变化，时而风大，时而风小，或是没有风，风力发电机输出电压很不稳定。特别是当风速较小时，输出电压较低，达不到负载的工作电压，不能为负载供电，此时风能得不到充分利用。
发明内容
本发明解决了现有技术存在的问题，提供了一种可以有效提高小型风力发电机输出功率的控制策略。
一种提高小型风力发电输出功率的方法，当风速大于风力发电机的启动风速后，风力发电机输出三相交流电，三相交流电经整流桥变为直流电；控制器检测整流桥输出的直流电，当直流电电压超过充电电压时，控制器通过接通旁通电路的模拟开关，将直流电通过旁通电路接入充电电路，为蓄电池充电；若整流桥输出的直流电压小于充电电压，则控制器通过接通升压电路的模拟开关，将直流电通过升压电路升压后，接入充电电路；
在无风时或风速很小时，达不到风力发电机的启动风速，控制器控制升压电路模拟开关与旁通电路模拟开关均处于断开状态，使风力发电机处于空载状态，控制器检测整流桥输出的直流电压，当电压达到设定的阀值时，控制器以固定频率的PWM控制方式控制升压电路模拟开关，将升压电路接入，升压到可以给蓄电池充电的充电电压，为蓄电池充电；
当所发电量达到可以给蓄电池充电电压时，启动旁通电路，直接给蓄电池充电，同时控制器以固定频率的PWM控制方式控制旁通电路模拟开关，根据功率的变化调整PWM输出的占空比，以保证最大功率输出。
所述的方法，所述控制器的PWM控制方式为：控制器同时检测整流桥输出的直流电的电压u与电流i，并换算成功率；根据功率的变化调整PWM输出的占空比，以保证最大功率输出；具体措施是：风机启动时，PWM波的ON状态与OFF状态时长为1比1，在PWM波的第一个周期的ON状态开始检测输出电压u、电流i，然后根据p＝u*i计算风力发电机输出功率p，在PWM波的第二个周期的ON状态到来时再检测输出电压、电流，并计算风力发电机输出功率p，然后控制器计算出前一周期与后一周期两次检测的功率p的差值Δp，由Δp来决定PWM波的下一个周期占空比的大小；若Δp＞0，则表示风力发电机输出功率在增加，则增大PWM波的占空比，开状态的增大量为Δd；若Δp＜0，则表示风力发电机输出功率在减小，则减小PWM波的占空比，开状态时长减小量为Δd；当PWM波的后续周期到来时，不断重复以上过程。
所述的方法，在系统初次赋值时给Δd赋值为PWM周期的1％时长，在调节过程中，根据检测功率差值Δp的绝对值|Δp|大小，采取粗调、细调、微调模式；若|Δp|较大，变化率达到20％以上，采用粗调模式，PWM波开状态增大或减小量可以取Δd初值的10倍；若|Δp|变化率在5％至20％，采用细调模式，PWM波开状态增大或减小量Δd取值为5倍初值；变化率在5％以内采用微调模式，PWM波开状态增大或减小量取初值1毫秒。
有益效果：本发明通过不断检测风力发电的功率输出，实时控制负载(蓄电池)的接入，实时启动升压电路，采用动态PWM方式控制升压电路或者旁通电路开关的导通与断开，从而控制风力发电机的输出功率，保证在较低风速时风力发电机就能运转，风力发电机转起来就能获得最大输出功率，有效地利用风能，且维持风机运行的稳定。
附图说明
图1为本发明结构框图。
图2为本发明PWM输出波形图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种提高小型风力发电输出功率的方法，实现装置包括风力发电机，整流电路，控制器，旁路模拟开关，升压电路，旁通电路，充电电路，蓄电池。当风速大于风力发电机的启动风速后，风力发电机输出三相交流电，三相交流电经整流桥变为直流电。控制器检测整流桥输出的直流电，当直流电电压超过充电电压时，控制器通过接通旁通电路的模拟开关，将直流电通过旁通电路接入充电电路，为蓄电池充电；若整流桥输出的直流电压小于充电电压，则控制器通过接通升压电路的模拟开关，将直流电通过升压电路升压后，接入充电电路。
本发明通过控制器实时控制负载(蓄电池)的接入，实时启动升压电路，采用PWM方式控制升压电路模拟开关的导通与断开，从而控制充电电流，保证在低风速时获得最大输出功率，有效地利用风能，且维持风机运行的稳定。
在无风时或风速很小时，达不到风力发电机的启动风速，控制器控制升压电路模拟开关与旁通电路模拟开关均处于断开状态，使风力发电机处于空载状态，这样当有较小的风力时，风力发电机便能克服自身惯性开始旋转。由于此时负载没有接入，不存在反向电动势，风力发电机转速易于上升，控制器检测整流桥输出的直流电压，当电压达到设定的阀值时，控制器以固定频率的PWM控制方式控制升压电路模拟开关，将升压电路接入，升压到可以给蓄电池充电的充电电压，为蓄电池充电。
当所发电量达到可以给蓄电池充电电压时，启动旁通电路，直接给蓄电池充电，同时控制器以固定频率的PWM控制方式控制旁通电路模拟开关，根据功率的变化调整PWM输出的占空比，以保证最大功率输出。通过本发明控制方式，可以保证最大程度的利用风能资源，为蓄电池提供更多的能量。
控制器的PWM控制方式为：控制器同时检测整流桥输出的直流电的电压u与电流i，并换算成功率。根据功率的变化调整PWM输出的占空比，以保证最大功率输出。具体措施是，风机启动时，PWM波的ON状态与OFF状态时长为1比1，波形如图2中PWM1波形所示，在PWM1第一个周期的ON状态开始检测输出电压u、电流i，然后根据p＝u*i计算风力发电机输出功率p，在PWM1第二个周期的ON状态到来时再检测输出电压、电流，并计算风力发电机输出功率p，然后控制器计算出前一周期与后一周期两次检测的功率p的差值Δp，由Δp来决定PWM1波的下一个周期占空比的大小。若Δp＞0，则表示风力发电机输出功率在增加，则增大PWM波的占空比，开状态的增大量为Δd，如图2中PWM2波形所示；若Δp＜0，则表示风力发电机输出功率在减小，则减小PWM波的占空比，开状态时长减小量为Δd，如图2中PWM3波形所示。当PWM1波的后续周期到来时，不断重复以上过程。
Δd的大小可以根据调节的精度与系统响应的速度来决定，如Δd过小，表面上看调节精度高，但风力发电机输出功率变化量小，调节系统向最大功率方向变化的时间变长，不能迅速达到工作于最大功率输出状态；反之如果Δd过大，虽然调节风力发电机输出功率迅速些，但调节精度降低，同时也带来了反向电动势的影响，因此在实际应用中要平衡调节的精度与系统响应的速度的关系，必要时需要通过工程实验来校正。
在系统初次赋值时可以给Δd赋值为PWM周期的1％时长，假设PWM波周期为100毫秒，则取Δd为1毫秒。在调节过程中，根据检测功率差值Δp的绝对值|Δp|大小，采取粗调、细调、微调模式。若|Δp|较大，变化率达到20％以上，采用粗调模式，PWM波开状态增大或减小量可以取Δd初值的10倍，即10毫秒；若|Δp|变化率在5％至20％，采用细调模式，PWM波开状态增大或减小量Δd取值为5倍初值，即5毫秒；变化率在5％以内采用微调模式，PWM波开状态增大或减小量取初值1毫秒。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种提高小型风力发电输出功率的方法，其特征在于：当风速大于风力发电机的启动风速后，风力发电机输出三相交流电，三相交流电经整流桥变为直流电；控制器检测整流桥输出的直流电，当直流电压超过充电电压时，控制器通过接通旁通电路的模拟开关，将直流电通过旁通电路接入充电电路，为蓄电池充电；若整流桥输出的直流电压小于充电电压，则控制器通过接通升压电路的模拟开关，将直流电通过升压电路升压后，接入充电电路；
在无风时或风速很小时，达不到风力发电机的启动风速，控制器控制升压电路模拟开关与旁通电路模拟开关均处于断开状态，使风力发电机处于空载状态，控制器检测整流桥输出的直流电压，当电压达到设定的阀值时，控制器以固定频率的PWM控制方式控制升压电路模拟开关，将升压电路接入，升压到可以给蓄电池充电的充电电压，为蓄电池充电；
当直流电压达到充电电压时，启动旁通电路，直接给蓄电池充电，同时控制器以固定频率的PWM控制方式控制旁通电路模拟开关，根据功率的变化调整PWM输出的占空比，以保证最大功率输出；
所述控制器的PWM控制方式为：控制器同时检测整流桥输出的直流电压u与直流电流i，并换算成功率；根据功率的变化调整PWM输出的占空比，以保证最大功率输出；具体措施是：风机启动时，PWM波的开状态与关状态时长为1比1，在PWM波的第一个周期的开状态开始检测直流电压u与直流电流i，然后根据p＝u*i计算风力发电机输出功率p，在PWM波的第二个周期的开状态到来时再检测直流电压u与直流电流i，并计算风力发电机输出功率p，然后控制器计算出前一周期与后一周期两次检测的功率p的差值Δp，由Δp来决定PWM波的下一个周期占空比的大小；若Δp＞0，则表示风力发电机输出功率在减小，则增大PWM波的占空比，开状态的增大量为Δd；若Δp＜0，则表示风力发电机输出功率在增加，则减小PWM波的占空比，开状态时长减小量为Δd；当PWM波的后续周期到来时，不断重复以上过程；
在系统初次赋值时给Δd赋值为PWM周期的1％时长，在调节过程中，根据检测功率差值Δp的绝对值|Δp|大小，采取粗调、细调、微调模式；若|Δp|较大，变化率达到20％以上，采用粗调模式，PWM波开状态增大或减小量取Δd初值的10倍；若|Δp|变化率在5％至20％，采用细调模式，PWM波开状态增大或减小量Δd取值为5倍初值；变化率在5％以内采用微调模式，PWM波开状态增大或减小量取初值1毫秒。
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