CN203660554U - 一种适用于小型风力发电机的控制器 - Google Patents
一种适用于小型风力发电机的控制器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203660554U CN203660554U CN201320413611.XU CN201320413611U CN203660554U CN 203660554 U CN203660554 U CN 203660554U CN 201320413611 U CN201320413611 U CN 201320413611U CN 203660554 U CN203660554 U CN 203660554U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- converter
- wind
- circuit
- controller
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 11
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000007600 charging Methods 0.000 description 19
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
本实用新型的适用于小型风力发电机的控制器，其特征在于：包括DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、采样电路、控制电路和两个驱动电路，所述采样电路的输出端与控制电路的输入端连接，控制电路的输出端与两个驱动电路的输入端连接，驱动电路1的输出端与DC/DC变换器的输入端连接，驱动电路2的输出端与双向DC/DC变换器的输入端连接。该控制器的有益效果是:风力发电机控制器可以在风速变化频繁、负载变化较大的情况之下，跟踪可捕获的最大风能，控制风力发电机发出尽量多的电能，提高了发电效率。同时对于促进超级电容器和蓄电池的联合使用的混合储能模式的发展有着积极的作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及能源，具体是一种可以进行风能最大功率跟踪的小型风力发电系统的控制器。
背景技术
随着不可再生能源的日益短缺和大气污染的加重，风能作为一种自然界馈赠的绿色可再生能源，储量丰富、无需开采和运输很快受到人类的亲睐，并且伴随科技的日益突飞猛进，发展风力发电的支撑技术和支撑材料都有了可靠保证，风力发电成本也在逐年下降。因此，风力发电具有广阔的前景。小型风力发电机是我国远离电网的边远偏僻农村、牧区、海岛和特殊处所解决基本用电问题的主要方式，但小型风力发电机控制系统有其特殊性和复杂性：①受风能的随机性和不稳定性以及负载的随时变化影响大；②储能设备如蓄电池容易欠充、过充、过放等等，所以小型风电系统控制部分的设计至关重要。但是目前，风力发电机组的控制器缺少对风力发电机输出功率的控制，导致风力发电机对风能的捕获能力具有一定的局限性，因此，风力发电机组不能最大程度的发出电能，造成能源的浪费。
风力发电系统不同于常规发电系统，因风的随机性、间歇性，风力发电机输出的功率会产生较大的波动，以至于不能为常规负载正常供电。为了抑制这种波动，需要在风力发电系统中安装储能装置。风力发电系统中，传统的储能装置是蓄电池组，蓄电池生产技术成熟、能量密度大、价格相对较低，加以适合的充放电控制，蓄电池储能系统为风力发电系统的供电可靠性提供保障。但是蓄电池的功率密度低，不适合大功率供电的场合，并且它的循环寿命短，风速变化及负荷频繁波动引起的储能系统小循环充放电现象会缩短蓄电池的使用寿命，导致风力发电系统综合运行成本增大。
超级电容器是一种新兴的储能器件，它的循环寿命长、充放电速度快、功率密度大，因此，超级电容器适用于风力发电系统输出功率频繁变化的场合以及短时大功率负载供电的场合。并且，超级电容器的这些特性恰好可以与蓄电池形成优势互补。针对超级电容器和蓄电池的储能特点，将两种元件联合使用的混合储能模式逐渐兴起。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型提供一种可以进行风能最大功率跟踪的小型风力发电机的控制器。
本实用新型的适用于小型风力发电机的控制器，其特征在于：包括DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、采样电路、控制电路和两个驱动电路，所述采样电路的输出端与控制电路的输入端连接，控制电路的输出端与两个驱动电路的输入端连接，驱动电路1的输出端与DC/DC变换器的输入端连接，驱动电路2的输出端与双向DC/DC变换器的输入端连接。
其中，所述DC/DC变换器采用包括一个功率开关管、一个滤波电容器、一个电感器和一个功率二极管的BUCK电路。当功率开关管导通时，电感器储存电能，电容器处于充电状态。当功率开关管断开时，电感器经功率二极管给滤波电容器储能。
所述双向DC/DC变换器是蓄电池的充电电路。通过对双向DC/DC电路的闭环控制精确控制蓄电池组和超级电容组的充放电电压、电流。
本实用新型的控制器，是将风力发电机发出的变频、变压的交流电经过整流送入DC/DC变换器，控制器通过采样电路检测到直流电压、直流电流以及蓄电池的端电压和充电电流，进行比较，调整输出PWM脉冲波，送至驱动电路1和驱动电路2，驱动电路1对接收到的脉冲波进行处理后驱动DC/DC电路使之调整自身及负载的等效阻抗，最终使风力发电机输出当前可以输出的最大电功率。驱动电路2对接收到的脉冲波进行处理后驱动双向DC/DC变换器控制蓄电池组的分阶段变电流充电及超级电容器组对蓄电池组的供电。
本实用新型的控制器的工作原理如下：
A.控制器中的采样电路对控制器的输入信号进行采样，将采样信息输送到对应控制器中的控制电路，为控制电路进行最大功率跟踪算法的计算和蓄电池分阶段变电流充电法提供参数依据；
B.控制电路实现最大功率跟踪(MPPT)。根据采样电路输送的采样信息进行最大功率跟踪算法计算，得出控制DC/DC变换器中功率开关管的PWM脉冲波的占空比，形成PWM脉冲波，并将其输出到控制器中的驱动电路；
C.控制电路根据采样电路输送的蓄电池端电压和充电电流的采样值进行分阶段变电流控制，得出双向DC/DC变换器中功率开关管的PWM脉冲波的占空比，形成PWM脉冲波，并将其输出到控制器中的驱动电路；
D.驱动电路接收到来自控制电路的PWM脉冲波，进过隔离、放大之后，将处理过的PWM脉冲波输送至控制器中的DC/DC变换器和双向DC/DC变换器；
E.DC/DC变换器在驱动电路1的驱动之下，根据特定占空比，对输入到控制器的直流电压进行斩波，并调节BUCK电路自身及其后端负载所形成的等效电阻，当等效阻抗与风力发电机内阻匹配时，风力发电机输出当前可以输出的最大电功率；
F.双向DC/DC变换器在驱动电路2的驱动下，根据占空比的变化，对输入到控制器的直流电流进行相应调节从而符合不同阶段对蓄电池采取不同的充电方法；
其中，所示输入信号包括输入到控制器的直流电压、直流电流以及蓄电池组的端电压、端电流。
进一步，在其中的步骤B，根据采样得到的直流电压、直流电流，将两者相乘，得到风力发电机直流侧当前时刻输出功率P(n)和前一时刻的输出功率P(n-1)；然后在固定周期内，不断通过调节PWM脉冲的占空比 来改变发电机的负载特性。此时继续监测发电机负载变化前后直流侧输出功率的变化。若较之之前输出功率增大，则在下一个周期内继续在同一方向适当的改变发电机负载特性；反之，若较之之前输出功率减小了，在下一周期就要在反方向改变发电机的负载特性。如此反复的操作，直到检测到直流侧输出功率值为最大值为止。
进一步，在其中的步骤C：
若检测到蓄电池充电电压
大于设定蓄电池恒压过充电压值，这时蓄电池的充电方式就需要通过判断蓄电池充电电流
是否大于浮充电流值来决定，有两种情况：
a若检测到
大于浮充电流值，就以设定的蓄电池恒压过充电压值对蓄电池进行恒压充电，此时无需跟踪风机的最大功率，仅仅通过蓄电池的反馈电压调节开关管的占空比；
b若检测到
小于浮充电流值，此时应设置浮充充电状态，以蓄电池额定电压对蓄电池进行浮充充电。
若检测到蓄电池充电电压小于设定电压值，采用恒流充电模式，以恒流充电限流值对其恒流充电，这时充电方式也有两种情况：
a若检测到蓄电池的充电电流
大于恒流充电限流值时，无需跟踪风力发电机的最大功率点，可以改变蓄电池的充电电流来调节开关管的占空比使
等于恒流充电限流值，并以该值对蓄电池进行恒流充电。
b若检测到
小于恒流充电限流值时，应对风力发电机进行最大功率跟踪。
本实用新型的有益效果是:风力发电机控制器可以在风速变化频繁、负载变化较大的情况之下，跟踪可捕获的最大风能，控制风力发电机发出尽量多的电能，提高了发电效率。
同时，对以超级电容器组和蓄电池组组合的混合储能系统，进行蓄电池组分阶段充电，发挥蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大、充电速度快的优点，大大提高了风力发电系统输出电能的质量，防止蓄电池过充、过放电，减少甚至避免蓄电池充放电小循环现象的发生，最大限度地延长蓄电池的使用寿命，降低了风力发电系统综合运行成本。
本实用新型在混合储能系统的充放电过程中，还遵循超级电容器优先充放电的原则，这样可以延长蓄电池的使用寿命，还能够防止脉动大功率充放电对蓄电池造成的损伤。
因此本实用新型对于促进超级电容器和蓄电池的联合使用的混合储能模式的发展有着积极的作用。
附图说明
图1为本实用新型控制器的结构图；
图2为本实用新型控制器对蓄电池组分阶段充电流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
参看图1，本实用新型风力发电机控制器主要由五部分组成，分别是：DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、驱动电路、控制电路、采样电路。所述采样电路的输出端与控制电路的输入端连接，控制电路的输出端与两个驱动电路的输入端连接，驱动电路1的输出端与DC/DC变换器的输入端连接，驱动电路2的输出端与双向DC/DC变换器的输入端连接。
所述DC/DC变换器采用包括一个功率开关管、一个滤波电容器、一个电感器和一个功率二极管的BUCK电路。
参见图2。本实用新型控制器对蓄电池组分阶段充电的具体过程是：
控制电路根据采样电路输送的蓄电池端电压和充电电流的采样值进行分阶段变电流控制，得出双向DC/DC变换器中功率开关管的PWM脉冲波的占空比，形成PWM脉冲波，并将其输出到控制器中的驱动电路2，双向DC/DC变换器在驱动电路2的驱动下，根据占空比的变化，对输入到控制器的直流电流进行相应调节，从而在不同阶段对蓄电池采取不同的充电方法；
当判断蓄电池状态检测时间已到，则检测蓄电池端电压和电流
，
若检测到蓄电池充电电压
大于设定蓄电池恒压过充电压值（14.5V），这时蓄电池的充电方式就需要通过判断蓄电池充电电流
是否大于浮充电流值（1.6A）来决定，有两种情况：
a若检测到
大于1.6A，就以设定的蓄电池恒压过充电压值对蓄电池进行恒压充电，此时无需跟踪风机的最大功率，仅仅通过蓄电池的反馈电压调节开关管的占空比；
b若检测到
小于1.6A，此时应设置浮充充电状态，以蓄电池额定电压对蓄电池进行浮充充电。
若检测到蓄电池充电电压
小于14.5V，采用恒流充电模式，以恒流充电限流值对其恒流充电，这时充电方式也有两种情况：
a若检测到蓄电池的充电电流
大于恒流充电限流值（6A）时，无需跟踪风力发电机的最大功率点，可以改变蓄电池的充电电流来调节开关管的占空比使
等于6A，并以该值对蓄电池进行恒流充电。
b若检测到
小于6A，应对风力发电机进行最大功率跟踪，对蓄电池给予MPPT限流充电。
Claims (2)
1.一种适用于小型风力发电机的控制器，其特征在于：包括DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、采样电路、控制电路和两个驱动电路，所述采样电路的输出端与控制电路的输入端连接，控制电路的输出端与两个驱动电路的输入端连接，驱动电路1的输出端与DC/DC变换器的输入端连接，驱动电路2的输出端与双向DC/DC变换器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述DC/DC变换器采用包括一个功率开关管、一个滤波电容器、一个电感器和一个功率二极管的BUCK电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201320413611.XU CN203660554U (zh) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | 一种适用于小型风力发电机的控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201320413611.XU CN203660554U (zh) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | 一种适用于小型风力发电机的控制器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203660554U true CN203660554U (zh) | 2014-06-18 |
Family
ID=50926908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201320413611.XU Expired - Fee Related CN203660554U (zh) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | 一种适用于小型风力发电机的控制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203660554U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104393648A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-04 | 上海吉亿电机有限公司 | 一种存储模块充放电的控制系统及控制方法 |
| CN108482066A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-09-04 | 华北科技学院 | 一种智能化汽车室内环境监控及散热系统 |
-
2013
- 2013-07-12 CN CN201320413611.XU patent/CN203660554U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104393648A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-04 | 上海吉亿电机有限公司 | 一种存储模块充放电的控制系统及控制方法 |
| CN108482066A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-09-04 | 华北科技学院 | 一种智能化汽车室内环境监控及散热系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102157978B (zh) | 一种风光柴储孤立微网系统的控制方法 | |
| CN101431246B (zh) | 一种提高小功率光伏电池输出效率的装置及方法 | |
| CN102638195B (zh) | 一种太阳能发电系统控制方法 | |
| CN203761117U (zh) | 一种带软开关的多端口非隔离双向直流变换拓扑电路 | |
| CN103457313B (zh) | 风光通用型新能源智能控制系统及其控制方法 | |
| CN102931722A (zh) | 一种分布式供电管理方法及其系统 | |
| CN201663566U (zh) | 高输出指标的风光互补发电装置 | |
| CN104167781A (zh) | 一种风光互补发电储能控制系统 | |
| CN102437634A (zh) | 一种混合储能控制方法及控制器 | |
| CN102790410A (zh) | 一种新能源发电系统的蓄电池组充放电系统及其控制方法 | |
| CN203660554U (zh) | 一种适用于小型风力发电机的控制器 | |
| CN203747722U (zh) | 一种风光互补储能发电系统 | |
| CN203086161U (zh) | 分布式发电协调控制系统 | |
| CN202712956U (zh) | 一种蓄电池储能和光伏发电混合系统 | |
| CN204190669U (zh) | 一种风光互补发电系统 | |
| CN203931835U (zh) | 软包超级电容器 | |
| CN202384821U (zh) | 一种混合储能控制器 | |
| CN204089334U (zh) | 离网型微电网自动投切控制电路 | |
| CN203840063U (zh) | 储能装置 | |
| CN202190117U (zh) | 一种大功率风光互补发电控制装置 | |
| CN202153651U (zh) | 离网型新能源发电系统的高压储能装置 | |
| CN201328012Y (zh) | 一种提高小功率光伏电池输出效率的装置 | |
| CN104485716A (zh) | 一种加装在停车棚的太阳能电动车充电装置 | |
| CN203377633U (zh) | 一种风光互补发电系统控制器 | |
| CN203522297U (zh) | 储能系统电池初始充电装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140618 Termination date: 20140712 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |