CN117691672B - 一种风力发电储能逆变电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电储能逆变电路，涉及新能源技术领域，包括风力发电调节模块，用于风电转换、整流、逆变和电压采样；智能控制模块，用于信号接收、模块控制和无线通信；交流母线模块，用于电能汇总并为主储能模块提供电能；双向调节模块，用于电能双向传输；第一储能模块，用于储能和放电；充放电控制模块，用于电量检测、满电判断和欠电判断，满电时，将电能传输给直流母线模块，欠电时，将电能传输给第一储能模块和双向调节模块；直流母线模块，用于电能的汇总、分配和电压采样；辅助供电模块，用于与智能控制模块无线通信并对为直流母线模块供电。本发明风力发电储能逆变电路可提高风力发电逆变时的电能功率平衡性，提高供电效率。

Description

一种风力发电储能逆变电路

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体是一种风力发电储能逆变电路。

背景技术

为了缓解能源危机、改善生态环境，对新能源的开发利用已在世界范围内得到广泛关注，其中风力发电技术得到了大力发展，然而风能作为天然清洁能源，受天气影响，供电具有波动性和随机性，为避免风力发电功率的不平衡，现有的风力发电储能逆变中，都会在整流和逆变之间设置一个储能装置，配合风力发电进行混合储能和供电处理，以平衡风力发电功率，但是由于储能装置的储能容量有限，当储能装置出现满电或者欠电时，都将无法继续保证风力发电的功率平衡性，并且由于无法合理有效地进行电能存储和分配，导致风力供电效率降低，因此有待改进。

发明内容

本发明实施例提供一种风力发电储能逆变电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风力发电储能逆变电路，包括：风力发电调节模块，智能控制模块，交流母线模块，主储能模块，双向调节模块，第一储能模块，充放电控制模块，直流母线模块和辅助供电模块；

风力发电调节模块，与智能控制模块连接，用于进行风电转换，用于接收智能控制模块输出的信号并将转换后的电能进行整流和逆变调节处理，用于对整流后的电能电压进行采样并输出第一采样信号；

智能控制模块，与充放电控制模块、直流母线模块、辅助供电模块和双向调节模块连接，用于输出第一脉冲信号并控制风力发电调节模块的逆变调节工作，用于接收第一采样信号、充放电控制模块输出的信号和直流母线电能输出的信号；用于输出第二脉冲信号并控制双向调节模块的工作，用于输出第一触发信号并与辅助供电模块进行无线数据交互；

交流母线模块，与风力发电调节模块连接，用于接收风力发电调节模块输出的电能并进行电能的汇总和分配；

主储能模块，与交流母线模块连接，用于接收交流母线模块分配的电能并进行电能的整流、存储和释放工作；

双向调节模块，与风力发电调节模块、充放电控制模块和第一储能模块连接，用于接收第二脉冲信号，用于将风力发电调节模块整流后的电能进行电压调节并传输给第一储能模块和充放电控制模块，用于将第一储能模块和充放电控制模块输出的电能进行电压调节并传输给风力发电调节模块；

第一储能模块，用于对输入的电能进行存储和释放电能；

充放电控制模块，与第一储能模块和直流母线模块连接，用于对第一储能模块进行电量检测并输出电量信号，用于对电量信号进行满电检测和欠电检测，并在满电时，输出第一控制信号并将输入的电能传输给直流母线模块，欠电时，输出第二控制信号并将输入的电能传输给第一储能模块和双向调节模块；

直流母线模块，用于对输入的电能进行汇总和分配，用于对分配的电能进行电压检测并输出第二采样信号；

辅助供电模块，与主储能模块和直流母线模块连接，用于无线接收第一触发信号并对主储能模块释放的电能进行降压处理，用于为直流母线模块供电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明风力发电储能逆变电路由智能控制模块控制双向调节模块完成第一储能模块的充放电工作，以满足风力调节模块的供电平衡，确保输入交流母线模块的电能保持一定，再通过主储能模块进行电能存储，并且由充放电控制模块根据第一储能模块的电量状态，控制直流母线模块对第一储能模块进行分压处理和电能补充处理，进一步提高风力发电时的电能功率平衡性，在风力发电调节模块和第一储能模块均处于低电压时，智能控制模块将无线控制辅助供电模块对直流母线模块进行辅助供电，提高风力发电的供电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实例提供的一种风力发电储能逆变电路的原理方框示意图。

图2为本发明实例提供的一种风力发电储能逆变电路的电路图。

图3为本发明实例提供的充放电控制模块的连接电路图。

图4为本发明实例提供的辅助供电模块的连接电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一个实施例中，请参阅图1，一种风力发电储能逆变电路包括：风力发电调节模块1，智能控制模块2，交流母线模块3，主储能模块4，双向调节模块5，第一储能模块6，充放电控制模块7，直流母线模块8和辅助供电模块9；

风力发电调节模块1，与智能控制模块2连接，用于进行风电转换，用于接收智能控制模块2输出的信号并将转换后的电能进行整流和逆变调节处理，用于对整流后的电能电压进行采样并输出第一采样信号；

智能控制模块2，与充放电控制模块7、直流母线模块8、辅助供电模块9和双向调节模块5连接，用于输出第一脉冲信号并控制风力发电调节模块1的逆变调节工作，用于接收第一采样信号、充放电控制模块7输出的信号和直流母线电能输出的信号；用于输出第二脉冲信号并控制双向调节模块5的工作，用于输出第一触发信号并与辅助供电模块9进行无线数据交互；

交流母线模块3，与风力发电调节模块1连接，用于接收风力发电调节模块1输出的电能并进行电能的汇总和分配；

主储能模块4，与交流母线模块3连接，用于接收交流母线模块3分配的电能并进行电能的整流、存储和释放工作；

双向调节模块5，与风力发电调节模块1、充放电控制模块7和第一储能模块6连接，用于接收第二脉冲信号，用于将风力发电调节模块1整流后的电能进行电压调节并传输给第一储能模块6和充放电控制模块7，用于将第一储能模块6和充放电控制模块7输出的电能进行电压调节并传输给风力发电调节模块1；

第一储能模块6，用于对输入的电能进行存储和释放电能；

充放电控制模块7，与第一储能模块6和直流母线模块8连接，用于对第一储能模块6进行电量检测并输出电量信号，用于对电量信号进行满电检测和欠电检测，并在满电时，输出第一控制信号并将输入的电能传输给直流母线模块8，欠电时，输出第二控制信号并将输入的电能传输给第一储能模块6和双向调节模块5；

直流母线模块8，用于对输入的电能进行汇总和分配，用于对分配的电能进行电压检测并输出第二采样信号；

辅助供电模块9，与主储能模块4和直流母线模块8连接，用于无线接收第一触发信号并对主储能模块4释放的电能进行降压处理，用于为直流母线模块8供电。

在具体实施例中，上述风力发电调节模块1可采用风力发电电路、第一电压采样电路和整流逆变电路组成的风力发电调节电路，由风力发电电路进行风电转换，由整流逆变电路对转换后的电能进行AC-DC和DC-AC处理，由第一电压采样电路对整流后的电能进行电压采样；上述智能控制模块2可采用微控制电路，集成了运算器、通信器、存储器以及输入输出器等诸多部件，实现信号的处理、数据存储、模块控制、无线通信等功能；上述交流母线模块3可采用电感、交流母线等组成的交流母线电路，进行电能的汇总和电能的分配工作；上述主储能模块4可采用主储能电路，存储第一交流母线分配的电能；上述双向调节模块5可采用双向调节电路，实现电能的DC-DC双向传输；上述第一储能模块6可采用第一储能装置，作为风力发电调节模块1的储能设备；上述充放电控制模块7可采用电量检测电路、满电控制电路和欠电控制电路组成的充放电控制电路，由电量检测电路对第一储能模块6进行电量采样，再由满电控制电路进行满电判断并控制电能输入直流母线模块8，由欠电控制电路进行欠电判断并控制电能输入第一储能模块6；上述直流母线模块8可采用直流母线电路，进行电能汇总、分配和电压采样；上述辅助供电模块9采用单片机、场效应管等组成的辅助供电电路，可与智能控制模块2进行无线通信并对输入的电能进行降压处理。

在另一个实施例中，请参阅图1、图2、图3和图4，风力发电调节模块1包括风力发电装置、第一整流器T1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第一逆变器T2；智能控制模块2包括第一控制器U1；

具体地，风力发电装置的第一端连接第一整流器T1的第一输入端，风力发电装置的第二端和第一整流器T1的第二输入端均接地，第一整流器T1的第一输出端连接第一电阻R1的一端、第一电容C1的第一端和第一逆变器T2的第一输入端，第一电阻R1的另一端连接第一控制器U1的第一IO端并通过第二电阻R2连接第一整流器T1的第二输出端、第一电容C1的第二端、第一逆变器T2的第二输入端和地端，第一逆变器T2的控制端和输出端分别连接第一控制器U1的第四IO端和交流母线模块3。

在具体实施例中，上述风力发电装置可采用风力发电机，组成风力发电电路，在此不做赘述；上述第一逆变器T2可采用IGBT组成的逆变器，实现DC-AC调节工作，配合第一整流器T1和第一电容C1组成整流逆变电路；上述第一电阻R1和第二电阻R2组成第一电压采样电路；上述第一控制器U1可采用装有通信装置的STM32单片机。

进一步地，交流母线模块3包括第一电感L1、第一交流母线和第二电感L2；主储能模块4包括第二整流器T3和主储能装置；

具体地，第一电感L1的第一端连接第一逆变器T2的输出端，第一电感L1的另一端和第二电感L2的一端均与第一交流母线连接，第二电感L2的另一端连接第二整流器T3的输入端，第二整流器T3的输出端连接主储能装置。

在具体实施例中，上述第一交流母线通过电感器可与多个与风力发电调节模块1结构相同的模块连接，以便完成交流电能的汇总，并将电能提供给连接的用电设备，在此不做赘述。

进一步地，双向调节模块5包括第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五电感L5和第二电容C2；第一储能模块6包括第一储能装置；

具体地，第一功率管Q1的集电极连接第一电容C1的第一端，第一功率管Q1的发射极连接第二功率管Q2的集电极并通过第五电感L5连接第三功率管Q3的发射极和第四功率管Q4的集电极，第三功率管Q3的集电极连接第二电容C2的一端和第一储能装置的第一端，第二功率管Q2的发射极连接第四功率管Q4的发射极、第二电容C2的另一端、第一储能装置的第二端和第一电容C1的第二端，第一功率管Q1的栅极、第二功率管Q2的栅极、第三功率管Q3的栅极和第四功率管Q4的栅极分别连接第一控制器U1的第二IO端、第三IO端、第六IO端和第五IO端。

在具体实施例中，上述第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3和第四功率管Q4均可选用IGBT，配合第五电感L5和第二电容C2组成双向调节电路；上述第一储能装置可选用蓄电池，配合双向调节模块5保持风力发电调节模块1的电能功率平衡。

进一步地，充放电控制模块7包括第五电阻R5、第六电阻R6、第一比较器A1、第一控制管M1、第一阈值装置；

具体地，第五电阻R5的第一端连接第一储能装置的第三端，第五电阻R5的第二端连接第一比较器A1的反相端并通过第六电阻R6连接第一储能装置的第二端，第一比较器A1的同相端连接第一阈值装置，第一比较器A1的输出端连接第一控制管M1的栅极和第一控制器U1的第九IO端，第一控制管M1的漏极连接直流母线模块8。

在具体实施例中，上述第五电阻R5和第六电阻R6组成电量检测电路；上述第一比较器A1可选用LM397比较器，配合第一阈值装置和第一控制管M1组成欠电控制电路，其中第一阈值装置提供欠电阈值，第一控制管M1可采用N沟道增强型场效应管。

进一步地，充放电控制模块7还包括第二比较器A2、第二阈值装置、第二控制管M2；

具体地，第二比较器A2的同相端和反相端分别连接第五电阻R5的第二端和第二阈值装置，第二比较器A2的输出端连接第二控制管M2的栅极和第一控制器U1的第十IO端，第二控制管M2的源极连接第一功率管Q1的源极，第二功率管Q2的漏极连接第一储能装置的第一端。

在具体实施例中，上述第二比较器A2可选用LM397比较器，配合第二阈值装置和第二控制管M2组成满电检测电路，其中第二阈值装置提供满电阈值，第二控制管M2可采用N沟道增强型场效应管。

进一步地，直流母线模块8包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三电感L3和第一直流母线；

具体地，第三电阻R3的一端连接第一控制管M1的漏极并通过第三电感L3连接第一直流母线，第三电阻R3的另一端连接第一控制器U1的第七IO端并通过第四电阻R4接地。

在具体实施例中，上述第一直流母线通过电感器可与多个与充放电控制模块7结构相同的模块连接，以便完成直流电能的汇总和分配；上述第三电阻R3和第四电阻R4检测第一直流母线的电能状态。

进一步地，辅助供电模块9包括第三控制管M3、第二控制器U2、第一二极管D1和第四电感L4；

具体地，第三功率管Q3的漏极连接主储能装置，第三控制管M3的源极连接第一二极管D1的阴极并通过第四电感L4连接第一直流母线，第一二极管D1的阳极接地，第三控制管M3的栅极连接第二控制器U2的第一脉冲端。

在具体实施例中，上述第三控制管M3可采用N沟道增强型场效应管，配合第四电感L4和第一二极管D1进行降压调节；上述第二控制器U2可选用装有通信装置的STM32单片机，实现与第一控制器U1的无线通信，并在风力发电装置输出电压较低，第一储能装置电量较低，且第一直流母线电压较低时，由第一控制器U1无线触发第二控制器U2控制第三控制管M3的工作。

本实施例一种风力发电储能逆变电路中，由风力发电装置进行风电转换，第一整流器T1进行整流处理，第一电阻R1和第二电阻R2进行电压采样，第一控制器U1控制第一逆变器T2进行逆变处理，以便将交流电能通过第一电感L1传输给第一交流母线，通过第一交流母线进行电能传输控制，由第二整流器T3进行整流并为主储能装置提供电能，同时在风力发电装置转换后的电能较高时，第一控制器U1将控制第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3和第四功率管Q4的导通状态，实现第一储能装置的储能工作，以降低风力发电装置转换后的电能，保证电能功率平衡，如果此时第一储能装置满电时，即第五电阻R5和第六电阻R6采样的信号大于的第二阈值装置提供的满电阈值，第二比较器A2将控制第二控制管M2导通，使得输入第一储能装置的电能传输给第一直流母线，在风力发电装置转换后的电能较低时，第一控制器U1将通过控制第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3和第四功率管Q4的导通状态控制第一储能装置的放电工作，以提高风力发电装置转换后的电能，如果此时第一储能装置电量较低时，将由第一比较器A1触发第一控制管M1导通，使得第一直流母线将汇总的电能传输给第一储能装置和第一逆变器T2，如果同时出现风力发电装置转换后的电能较低、第一储能装置的电量较低和第一直流母线的电能较低的情况，第一控制器U1将无线触发第二控制器U2调节第三控制管M3的导通状态，对主储能装置输出的电能进行降压处理，以提高第一直流母线的电能，确保风力发电调节模块1的功率平衡，保证对第一交流母线的供电。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种风力发电储能逆变电路，其特征在于，

该风力发电储能逆变电路包括：风力发电调节模块，智能控制模块，交流母线模块，主储能模块，双向调节模块，第一储能模块，充放电控制模块，直流母线模块和辅助供电模块；

所述风力发电调节模块，与所述智能控制模块连接，用于进行风电转换，用于接收智能控制模块输出的信号并将转换后的电能进行整流和逆变调节处理，用于对整流后的电能电压进行采样并输出第一采样信号；

所述智能控制模块，与所述充放电控制模块、直流母线模块、辅助供电模块和双向调节模块连接，用于输出第一脉冲信号并控制风力发电调节模块的逆变调节工作，用于接收第一采样信号、充放电控制模块输出的信号和直流母线模块输出的信号；用于输出第二脉冲信号并控制双向调节模块的工作，用于输出第一触发信号并与辅助供电模块进行无线数据交互；

所述交流母线模块，与所述风力发电调节模块连接，用于接收风力发电调节模块输出的电能并进行电能的汇总和分配；

所述主储能模块，与所述交流母线模块连接，用于接收交流母线模块分配的电能并进行电能的整流、存储和释放工作；

所述双向调节模块，与所述风力发电调节模块、充放电控制模块和第一储能模块连接，用于接收第二脉冲信号，用于将风力发电调节模块整流后的电能进行电压调节并传输给第一储能模块和充放电控制模块，用于将第一储能模块和充放电控制模块输出的电能进行电压调节并传输给风力发电调节模块；

所述第一储能模块，用于对输入的电能进行存储和释放电能；

所述充放电控制模块，与所述第一储能模块和直流母线模块连接，用于对第一储能模块进行电量检测并输出电量信号，用于对电量信号进行满电检测和欠电检测，并在满电时，输出第一控制信号并将输入的电能传输给直流母线模块，欠电时，输出第二控制信号并将输入的电能传输给第一储能模块和双向调节模块；

所述直流母线模块，用于对输入的电能进行汇总和分配，用于对分配的电能进行电压检测并输出第二采样信号；

所述辅助供电模块，与所述主储能模块和直流母线模块连接，用于无线接收第一触发信号并对主储能模块释放的电能进行降压处理，用于为直流母线模块供电。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电储能逆变电路，其特征在于，所述风力发电调节模块包括风力发电装置、第一整流器、第一电阻、第二电阻、第一电容和第一逆变器；所述智能控制模块包括第一控制器；

所述风力发电装置的第一端连接第一整流器的第一输入端，风力发电装置的第二端和第一整流器的第二输入端均接地，第一整流器的第一输出端连接第一电阻的一端、第一电容的第一端和第一逆变器的第一输入端，第一电阻的另一端连接第一控制器的第一IO端并通过第二电阻连接第一整流器的第二输出端、第一电容的第二端、第一逆变器的第二输入端和地端，第一逆变器的控制端和输出端分别连接第一控制器的第四IO端和交流母线模块。

3.根据权利要求2所述的一种风力发电储能逆变电路，其特征在于，所述交流母线模块包括第一电感、第一交流母线和第二电感；所述主储能模块包括第二整流器和主储能装置；

所述第一电感的第一端连接所述第一逆变器的输出端，第一电感的另一端和第二电感的一端均与第一交流母线连接，第二电感的另一端连接第二整流器的输入端，第二整流器的输出端连接主储能装置。

4.根据权利要求3所述的一种风力发电储能逆变电路，其特征在于，所述双向调节模块包括第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、第五电感和第二电容；所述第一储能模块包括第一储能装置；

所述第一功率管的集电极连接第一电容的第一端，第一功率管的发射极连接第二功率管的集电极并通过第五电感连接第三功率管的发射极和第四功率管的集电极，第三功率管的集电极连接第二电容的一端和第一储能装置的第一端，第二功率管的发射极连接第四功率管的发射极、第二电容的另一端、第一储能装置的第二端和第一电容的第二端，第一功率管的栅极、第二功率管的栅极、第三功率管的栅极和第四功率管的栅极分别连接第一控制器的第二IO端、第三IO端、第六IO端和第五IO端。

5.根据权利要求4所述的一种风力发电储能逆变电路，其特征在于，所述充放电控制模块包括第五电阻、第六电阻、第一比较器、第一控制管、第一阈值装置；

所述第五电阻的第一端连接第一储能装置的第三端，第五电阻的第二端连接第一比较器的反相端并通过第六电阻连接第一储能装置的第二端，第一比较器的同相端连接第一阈值装置，第一比较器的输出端连接第一控制管的栅极和第一控制器的第九IO端，第一控制管的漏极连接直流母线模块。

6.根据权利要求5所述的一种风力发电储能逆变电路，其特征在于，所述充放电控制模块还包括第二比较器、第二阈值装置、第二控制管；

所述第二比较器的同相端和反相端分别连接所述第五电阻的第二端和第二阈值装置，第二比较器的输出端连接第二控制管的栅极和第一控制器的第十IO端，第二控制管的源极连接所述第一功率管的源极，第二功率管的漏极连接第一储能装置的第一端。

7.根据权利要求6所述的一种风力发电储能逆变电路，其特征在于，所述直流母线模块包括第三电阻、第四电阻、第三电感和第一直流母线；

所述第三电阻的一端连接所述第一控制管的漏极并通过第三电感连接第一直流母线，第三电阻的另一端连接第一控制器的第七IO端并通过第四电阻接地。

8.根据权利要求7所述的一种风力发电储能逆变电路，其特征在于，所述辅助供电模块包括第三控制管、第二控制器、第一二极管和第四电感；

所述第三功率管的漏极连接所述主储能装置，第三控制管的源极连接第一二极管的阴极并通过第四电感连接第一直流母线，第一二极管的阳极接地，第三控制管的栅极连接第二控制器的第一脉冲端。