CN205195385U

CN205195385U - 风力发电控制系统

Info

Publication number: CN205195385U
Application number: CN201521026880.6U
Authority: CN
Inventors: 王晗
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2025-12-14

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电控制系统，包括整流电路、蓄电池组、充电电路、DC/DC变换电路、逆变电路、输出电路、检测保护电路和控制电路；所述风力发电机的输出端与整流电路输入端连接，所述整流电路的输出端分别与DC/DC变换电路和充电电路连接，所述DC/DC变换电路通过逆变电路与输出电路连接，所述输出电路与所述控制电路连接，所述充电电路连接蓄电池组。本实用新型输出电压稳定。

Description

风力发电控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种系统，特别涉及一种风力发电控制系统。

背景技术

把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。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。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种风力发电控制系统。

一种风力发电控制系统，包括整流电路、蓄电池组、充电电路、DC/DC变换电路、逆变电路、输出电路、检测保护电路和控制电路；所述风力发电机的输出端与整流电路输入端连接，所述整流电路的输出端分别与DC/DC变换电路和充电电路连接，所述DC/DC变换电路通过逆变电路与输出电路连接，所述输出电路与所述控制电路连接，所述充电电路连接蓄电池组，所述蓄电池组连接所述输出电路，所述检测保护电路的输入端与所述蓄电池组连接，所述检测保护电路的输出端与所述充电电路连接；所述控制电路分别与所述DC/DC变换电路和逆变电路连接。

所述DC/DC变换电路包括电感L1、L2，电容Ca、Cb、隔离变压器T和三极管Tr，所述整流电路的正极端与所述电感L1的一端连接，所述电感L1的另一端分别与电容Ca和三极管Tr的集电极连接，所述三极管Tr的基极与所述控制电路连接，所述三极管Tr的发射极与所述整流电路的负极端连接，所述电容Ca通过所述变压器T的原边与所述整流电路的负极端连接；所述变压器T的副边与电容Cb的一端连接，所述电容Cb的另一端分别与电感L2和二极管D连接，所述电感L2与电容C2和电阻R连接，所述电容C2和电阻R相并联。

本实用新型的有益效果是：可将风力发电机发出的电力变换成频率稳定、电压稳定、波形失真小的交流电压；具有多种保护功能。

附图说明

图1是本实用新型控制系统的结构示意图；

图2是DC/DC变换电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，使本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

如图1所示，本实用新型风力发电的控制系统包括整流电路、蓄电池组、充电电路、DC/DC变换电路、逆变电路、输出电路、检测保护电路和控制电路；所述风力发电机的输出端与整流电路输入端连接，所述整流电路的输出端分别与DC/DC变换电路和充电电路连接，所述DC/DC变换电路通过逆变电路与输出电路连接，所述输出电路与所述控制电路连接，所述充电电路连接蓄电池组，所述蓄电池组连接所述输出电路，所述检测保护电路的输入端与所述蓄电池组连接，所述检测保护电路的输出端与所述充电电路连接；所述控制电路分别与所述DC/DC变换电路和逆变电路连接。

整流电路，整流电路主要是将交流电变为直流电，在风力发电的控制系统中，蓄电池组、逆变器及其控制电路均需要直流电，因此，整流电路的主要作用就是将交流电变为直流电为其提供稳定的直流电，保持电压稳定的输出以及抑制电网的干扰信号。蓄电池组，目前在不间断供电中，广泛使用蓄电池作为储存电能的装置。当风力发电正常时，蓄电池由直流电源对其充电，将电能转换成化学能而储存起来；当风力发电供应中断时，装置用储存在蓄电池中的能量维持其逆变器的正常工作，此时蓄电池通过放电将化学能转化为电能提供给系统使用，因此蓄电池是一种可逆电源。目前在中小型风力发电控制系统中广泛使用的是所谓的免维护的密封式铅酸蓄电池，它的价格较贵，一般占UPS总生产成本的1/4～2/5。在返修的UPS中，由于蓄电池的故障而引起的风力发电控制系统不能正常工作的比例占1/3。由此可见，正确的使用并维护好蓄电池组，对延长蓄电池使用寿命极大，如果正确使用，蓄电池的寿命一般可达到3～5年。充电电路，风力发电控制系统中充电电路将蓄电池放电后损失的能量重新补充，一般充电电路是独立于逆变器而工作的，也就是说即使不用逆变器，只要将电源接通，充电电路就可以工作。在充电过程中，充电器的控制电路检测整流充电过程，一般在充电阶段是恒流充电过程，随着电池电压的上升，当蓄电池的电压达到浮充电压以后，充电器工作在恒压阶段，直到电池被充满。因此，充电电路的反馈回路一般有两个，一个作为电流反馈，另一个是电压反馈。主电路一般采用开关型电路，其类型一般有降压电路和升压电路两种。这些电路称为基本充电电路。为了减少充电时间，各种快速充电电路在风力发电控制系统中也得到了应用。DC/DC变换电路，风力发电控制系统中的斩波器即DC/DC，就是利用晶闸管或自关断器件来实现通断控制，将直流电源电压加到负载上，通过通、断的时间变化来改变负载电压平均值。它具有效率高、体积小、重量轻、成本底等优点，现在广泛地用于USP和风力发电控制系统的直流—直流变换器和功率因数校正电路中，对整流电压或蓄电池电压进行升、降压和稳压。逆变器电路，风力发电控制系统逆变器的功能是将风力发电整流所得的直流电压或蓄电池电压逆变成频率稳定、电压稳定、波形失真小的交流电压。目前在风力发电控制系统的逆变器中，逆变原理普遍采用脉宽调制技术（SPWM技术）及波形叠加技术，该波形经过LC低通滤波器滤波得到标准正弦波。输出电路，输出电路是风力发电控制系统的保护设备和供电转换器件，它一方面保护装置和负载，另一方面作为风力发电和蓄电池供电的转换器件。由于输出电路转换时间很短，因此在转换过程中不会出现间断。采用一对反向并联的快速可控硅作为输出电路。检测保护电路，检测保护电路主要由保护、监测和报警电路组成。控制电路是风力发电控制系统的神经中枢，其输出电压精度高低、波形失真大小以及长期工作可靠性的高低均与控制电路密切相关。为了使装置可靠工作，应具有较为完善的保护电路，一般的风力发电控制系统都具有电池电压过低自动保护、逆变器输出过载或短路自动保护电路、逆变器过压输出自动保护电路、输入电压过高自动保护电路等保护电路。监测和报警电路则是为了随时的掌握和了解装置的工作状态和运行情况。

当风力发电正常时，输出电压经过整流滤波电路，一路经过斩波器给逆变器提供电压，逆变器输出变压器和输出滤波电路将SPWM波形变换成隔离的纯正弦波，另一路送入充电器给蓄电池补充能量。这种工作状态时，输出电路切换到逆变器。风电经整流滤波器、逆变器及输出电路给负载供电，并且由逆变器来完成稳压和频率跟踪的功能。当风力发电不足或输出故障或输出过载时，工作在后备状态，输出电路仍然切换到逆变器端，由蓄电池经逆变器将蓄电池的直流电压转换成交流电压通过输出电路输出到负载。在风力发电正常，逆变器出现故障或输出过载时，装置工作在旁路状态，输出电路切换到市电直接给负载供电。如果输出电路的转换是由逆变器故障引起，装置会发出报警信号；如果是由过载引起，当过载消失以后，输出电路重新切换回逆变器端。控制、监测、显示、告警及保护电路提供逆变、充电、输出电路转换所需的控制信号，并显示其各工作状态，当出现过电压、过电流、短路、过热时及时报警，同时提供相应的保护。比如当负载发生短路是，保护电路会很快将逆变器关断，使其免受损坏，短路消失后逆变器会重新自动启动，恢复风力发电。由此可见，无论风力是否正常，其输出总是由逆变器提供，所以在风力不正常的时候，其输出不会有任何间断。

请参阅图2，所述DC/DC变换电路包括电感L1、L2，电容Ca、Cb、隔离变压器T和三极管Tr，所述整流电路的正极端与所述电感L1的一端连接，所述电感L1的另一端分别与电容Ca和三极管Tr的集电极连接，所述三极管Tr的基极与所述控制电路连接，所述三极管Tr的发射极与所述整流电路的负极端连接，所述电容Ca通过所述变压器T的原边与所述整流电路的负极端连接；所述变压器T的副边与电容Cb的一端连接，所述电容Cb的另一端分别与电感L2和二极管D连接，所述电感L2与电容C2和电阻R连接，所述电容C2和电阻R相并联。

DC/DC变换电路是对降压-升压变换电路应用对偶原理而得到的。类似于降压-升压变换电路，DC/DC变换电路提供一个相对于输入电压公共端为负极性的可调输出电压。这里，电容器Ca用于储存来自输入端的能量并将能量转移输出端；为了将输入与输出隔离，增大输入、输出的变比以及实现多路输出，引入一个变压隔离器，在Ca及Cb的连接点与地之间接一个电感，如这个电感足够大，则从Ca及Cb的连点流入这电感的电流就可以忽略。这样DC/DC变换电路的工作点不会受到影响。电感分成两个匝数相同的绕组并联而成，当把它们分开后，各接向一边，从而使输入与输出之间变压幅离因为用的是1：l的变压隔离器，且Ca＝Cb=2C所以输入和输出电路中的电压和电流，与原始非隔离型完全相同。这种方法的显著特点，是变压器的两个绕组被Ca及Cb隔离了直流，原、副边绕组均无直流通过，因此磁芯不需加空隙。其体积小。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种风力发电控制系统，其特征在于，包括整流电路、蓄电池组、充电电路、DC/DC变换电路、逆变电路、输出电路、检测保护电路和控制电路；所述风力发电机的输出端与整流电路输入端连接，所述整流电路的输出端分别与DC/DC变换电路和充电电路连接，所述DC/DC变换电路通过逆变电路与输出电路连接，所述输出电路与所述控制电路连接，所述充电电路连接蓄电池组，所述蓄电池组连接所述输出电路，所述检测保护电路的输入端与所述蓄电池组连接，所述检测保护电路的输出端与所述充电电路连接；所述控制电路分别与所述DC/DC变换电路和逆变电路连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电控制系统，其特征在于，所述DC/DC变换电路包括电感L1、L2，电容Ca、Cb、隔离变压器T和三极管Tr，所述整流电路的正极端与所述电感L1的一端连接，所述电感L1的另一端分别与电容Ca和三极管Tr的集电极连接，所述三极管Tr的基极与所述控制电路连接，所述三极管Tr的发射极与所述整流电路的负极端连接，所述电容Ca通过所述变压器T的原边与所述整流电路的负极端连接；所述变压器T的副边与电容Cb的一端连接，所述电容Cb的另一端分别与电感L2和二极管D连接，所述电感L2与电容C2和电阻R连接，所述电容C2和电阻R相并联。