[發明專利]一種小型風力發電變換裝置

有效

• 申請號: 201010146716.4
• 申請日: 2010-04-15
• 公開（公告）號: CN101814763A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 冬雷
• 申請（專利權）人: 冬雷
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02;H02M7/04;H02M3/155
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種小型風力發電變換裝置，特別涉及一種輸入電壓范圍較寬的 一體化風力發電變換裝置，屬于新能源應用領域。

背景技術

目前新能源技術，特別是風力發電技術日益受到人們的關注。小型風力發 電機多采用三相永磁直驅形式，因此由于風速的變化，其輸出的三相交流電的 電壓幅值和頻率都會隨風機轉速發生變化。為了給直流負載提供穩定的電源， 通常需要蓄電池作為電能的儲存和穩定裝置，而蓄電池的充放電過程必須滿足 蓄電池的充放電特性曲線，否則會大大縮短蓄電池的使用壽命，所以在風力發 電機的輸出端都會設計一個變換裝置為蓄電池充電并且為負載提供電力。

通常小型風力發電機為了降低成本，僅對永磁發電機輸出的三相交流電整 流后直接給蓄電池充電，當風速較大且負載較小時，需要通過泄荷模塊將部分 風力發電機發出的電流通過泄放電阻釋放掉。這樣做雖然可以滿足供電要求， 但是風力發電機的輸出電壓也就被鉗制在了蓄電池電壓上了，所以這種控制方 法對風能的利用率比較低，當風速較低時，發電機輸出電壓低于蓄電池電壓， 風能無法轉換成電能給蓄電池充電并給負載供電；當風速較高時由于電壓被鉗 制，所以風機轉速也基本上無法隨風速改變，因此不能最大限度地利用風能， 更無法進行最大功率點追蹤控制。

近來，有研究在風力發電整流模塊和泄荷單元之后加入了DC/DC變換器通 過升降壓控制，很好地解決了風能利用率不高的問題。但是這種方案中，DC/DC 變換器的結構比較復雜，成本也比較高，造成系統的投資較大，成本回收困難， 不利于小型風力發電機系統的推廣和使用。

綜上所述，在小型風力發電系統應用中，需要充分利用風能資源，提高風 力發電的風能捕獲效率，能夠對蓄電池的充放電過程進行控制，從而延長蓄電 池的使用壽命，同時還需要進一步降低成本。

發明內容

本發明針對現有技術所存在的問題，提出了一種小型風力發電變換裝置。 主要目的就是在小型風力發電系統的應用中提高風能利用率，實現升降壓控制 功能，并且降低系統成本。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明由風力發電機、制動控制單元、整流模塊、輸入電壓傳感器、一體 化直流變換器、全數字控制器、輸出電流傳感器、輸出電壓傳感器、蓄電池、 直流負載組成；風力發電機輸出與整流模塊的輸入相連接，在風力發電機與整 流模塊之間并聯一個制動控制單元，整流模塊的輸出端上并聯輸入電壓傳感器 并與一體化直流變換器的輸入端相連，一體化直流變換器具有升壓、降壓、泄 荷功能，其輸出直流母線上連接有輸出電流傳感器、輸出電壓傳感器、蓄電池 和直流負載；全數字控制器檢測輸入電壓傳感器、輸出電流傳感器和輸出電壓 傳感器的信號，并且向制動控制單元和一體化直流變換器提供控制信號。

所述整流模塊由二極管三相全橋整流單元、直流濾波電容組成，用于交流- 直流變換；

所述制動控制單元由三相接觸器(或者固態接觸器)和短路條組成，用于 風機的短路制動控制；

所述一體化直流變換器由降壓控制開關、續流二極管、儲能電感、泄荷電 阻、升壓控制開關、防反二極管、輸出濾波電容組成；一體化直流變換器正輸 入端接降壓控制開關，再與儲能電感和防反二極管串聯，防反二極管的負極與 蓄電池的正極輸出端相連接，續流二極管并聯在儲能電感輸入端和蓄電池的負 極之間，泄荷電阻與升壓控制開關串聯后并聯在儲能電感輸出端和蓄電池的負 極之間，輸出濾波電容并聯在一體化直流變換器的輸出端；降壓控制開關、續 流二極管、儲能電感配合完成降壓功能，升壓控制開關、防反二極管、儲能電 感配合完成升壓功能，降壓控制開關、泄荷電阻、升壓控制開關配合完成泄荷 功能。

由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點和效果：

本發明的一個效果在于，可以實現升降壓變換功能，達到最佳風能捕獲效 果。在風速較低時，啟動升壓功能，反之在風速較高時，啟動降壓功能。

本發明的另外一個效果在于，可以實現最大功率點追蹤控制，提高系統效 率，并且可以對蓄電池的充放電曲線進行有效控制。

本發明的另外一個效果在于，升降壓DC/DC變換與泄荷控制集成在一起， 成本低，在風較大的情況下，為了保證系統的安全，可以進行泄荷，限制風機 轉速，在此期間不影響系統供電，極端條件下可以對風機進行電磁制動。

附圖說明