[發(fā)明專利]一種可變頻型單相風力發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210556110.7
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103872698A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李木
• 申請（專利權(quán)）人: 李木
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，尤其涉及一種可變頻型單相風力發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，石油、煤、天然氣等不可再生能源日漸稀少，以風能為代表的新能源符合全球低碳經(jīng)濟的時代潮流，已經(jīng)得到世界各國政府的認可、重視與扶持。

風力發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)在最近幾年得到了快速發(fā)展，但時至今日，相對于使用如煤炭、石油等不可再生能源的傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)，風力發(fā)電在成本上仍處于劣勢地位。這就要求科技工作者不斷探索，一方面，盡可能的提高風力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，降低損耗，另一方面，想方設(shè)法的降低風力發(fā)電系統(tǒng)的裝設(shè)成本。

當今，電力負載中有為數(shù)不少的電機類負載，這類負載在啟動的短時間內(nèi)，需要較大的電源功率，風力發(fā)電系統(tǒng)不僅僅提供有功功率，還必須同時提供一定量的無功功率，功率消耗較之穩(wěn)定運行時大幅增加，因而，風力發(fā)電系統(tǒng)在設(shè)計之初，設(shè)計人員通常會把風力發(fā)電機的容量設(shè)計成比負載的額定功率多出一半至幾倍的瓦特數(shù)，無疑，這大幅提高了以風力發(fā)電機為主的風力發(fā)電系統(tǒng)的裝設(shè)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的可變頻型單相風力發(fā)電系統(tǒng)，成本與傳統(tǒng)逆變裝置差別不大，功能上可克服上述缺點，對于電機類負載，從變頻的角度解決問題，通過減少風力發(fā)電機的容量，使風力發(fā)電系統(tǒng)的裝設(shè)成本大幅降低。除此之外，本發(fā)明的科學(xué)的電源管理與控制方法也對能源的節(jié)省與高效利用具有重要意義。

本發(fā)明所有相關(guān)描述中的“工頻”含義為一個國家或地區(qū)市電、工業(yè)用電的頻率，包括但不限于50赫茲、60赫茲。

本發(fā)明的可變頻型單相風力發(fā)電系統(tǒng)包括主控部分、整流電路、逆變電路、檢測電路、蓄電池充放電電路、蓄電池接口、風力發(fā)電機接口、工頻負載接口、變頻負載接口、電控開關(guān)、警示應(yīng)答裝置，變壓器可選，其中主控部分與整流電路、逆變電路、檢測電路、蓄電池充放電電路、風力發(fā)電機接口、工頻負載接口、變頻負載接口、電控開關(guān)、警示應(yīng)答裝置分別電氣連接；風力發(fā)電機接口與整流電路的交流側(cè)直接電氣連接或經(jīng)變壓器間接電氣連接；蓄電池充放電電路、整流電路的直流側(cè)以及逆變電路的直流側(cè)三者彼此電氣連接；蓄電池充放電電路與蓄電池接口電氣連接；檢測電路與蓄電池充放電電路、電控開關(guān)、整流電路交流側(cè)、逆變電路交流側(cè)、逆變電路直流側(cè)分別電氣連接；工頻負載接口、變頻負載接口分別與逆變電路交流側(cè)直接電氣連接或經(jīng)變壓器間接電氣連接。工頻負載接口的數(shù)量為一個或相互并聯(lián)的多個，變頻負載接口的數(shù)量為一個或相互并聯(lián)的多個。以上各組成部分在功能或結(jié)構(gòu)上可以合并或拆分。

主控部分與電控開關(guān)、警示應(yīng)答裝置分別通過有線或無線的方式進行通信：有線通信方式包括但不限于串行總線、并行總線、一根或多根信號線；無線通信方式包括但不限于射頻、紅外、藍牙、磁場。此外，電控開關(guān)的狀態(tài)信息也可以選擇經(jīng)檢測電路發(fā)送至主控部分。

本發(fā)明的主控部分包含微處理器、微控制器中的一種或多種，負責整個系統(tǒng)的信息采集、分析處理、決策輸出等核心任務(wù)，是整個風力發(fā)電系統(tǒng)的控制核心。其中微控制器的類型包括但不限于單片機、DSP、CPLD、FPGA、PLC。

逆變電路與整流電路二者分別包含若干個變流橋臂或集成功率模塊，對于包含變流橋臂的情況，每個橋臂由多個全控開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成，每個全控開關(guān)器件都反并聯(lián)一個續(xù)流二極管，本發(fā)明描述中的“全控開關(guān)器件”指既能控制開通又能控制關(guān)斷的電力電子開關(guān)器件，類型包括但不限于晶體管、IGBT、MOSFET、IGCT、IEGT、GTO、SET；對于包含集成功率模塊的情況，集成功率模塊的類型包括但不限于IPM功率模塊。在這里，逆變電路與整流電路各自選擇何種結(jié)構(gòu)形式互不相關(guān)。

本發(fā)明中整流電路除上述構(gòu)成方式以外可以選擇的其它構(gòu)成方式中可選組件包含但不限于：不可控型集成功率模塊、半控型集成功率模塊、由非全控型開關(guān)器件構(gòu)成的橋式整流電路，本發(fā)明描述中的“不可控”指開通與關(guān)斷都不可控制，具有此類特性的開關(guān)器件包括但不限于二極管；“半控”指只能控制開通但不能控制關(guān)斷，具有此類特性的開關(guān)器件包括但不限于晶閘管；“非全控”包含“不可控”與“半控”兩種類型。

逆變電路與由可控開關(guān)器件構(gòu)成的整流電路的拓撲結(jié)構(gòu)的電平數(shù)為2或大于2的奇數(shù)，其中大于2的奇數(shù)個電平的拓撲結(jié)構(gòu)的類型包括但不限于二極管嵌位型、飛跨電容型、單元級聯(lián)型。逆變電路與由全控開關(guān)器件構(gòu)成的整流電路二者采用何種拓撲結(jié)構(gòu)互不相關(guān)；二者拓撲結(jié)構(gòu)中電平的數(shù)量可以相同，也可以不同。

本發(fā)明相關(guān)描述中的“可控”指開關(guān)器件的開通或關(guān)斷可以控制，包含前述“全控”和“半控”兩種類型。