[實用新型]一種適用于小型風力發電機的控制器

有效

• 申請號: 201320413611.X
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN203660554U
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 莫秋云;張旭;王小青;鄭雪柯;鄧飛;李榮敬;張科研;李帥帥
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;G05F1/67;H02M3/07
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 巢雄輝

技術領域

本實用新型涉及能源，具體是一種可以進行風能最大功率跟蹤的小型風力發電系統的控制器。

背景技術

隨著不可再生能源的日益短缺和大氣污染的加重，風能作為一種自然界饋贈的綠色可再生能源，儲量豐富、無需開采和運輸很快受到人類的親睞，并且伴隨科技的日益突飛猛進，發展風力發電的支撐技術和支撐材料都有了可靠保證，風力發電成本也在逐年下降。因此，風力發電具有廣闊的前景。小型風力發電機是我國遠離電網的邊遠偏僻農村、牧區、海島和特殊處所解決基本用電問題的主要方式，但小型風力發電機控制系統有其特殊性和復雜性：①受風能的隨機性和不穩定性以及負載的隨時變化影響大；②儲能設備如蓄電池容易欠充、過充、過放等等，所以小型風電系統控制部分的設計至關重要。但是目前，風力發電機組的控制器缺少對風力發電機輸出功率的控制，導致風力發電機對風能的捕獲能力具有一定的局限性，因此，風力發電機組不能最大程度的發出電能，造成能源的浪費。

風力發電系統不同于常規發電系統，因風的隨機性、間歇性，風力發電機輸出的功率會產生較大的波動，以至于不能為常規負載正常供電。為了抑制這種波動，需要在風力發電系統中安裝儲能裝置。風力發電系統中，傳統的儲能裝置是蓄電池組，蓄電池生產技術成熟、能量密度大、價格相對較低，加以適合的充放電控制，蓄電池儲能系統為風力發電系統的供電可靠性提供保障。但是蓄電池的功率密度低，不適合大功率供電的場合，并且它的循環壽命短，風速變化及負荷頻繁波動引起的儲能系統小循環充放電現象會縮短蓄電池的使用壽命，導致風力發電系統綜合運行成本增大。

超級電容器是一種新興的儲能器件，它的循環壽命長、充放電速度快、功率密度大，因此，超級電容器適用于風力發電系統輸出功率頻繁變化的場合以及短時大功率負載供電的場合。并且，超級電容器的這些特性恰好可以與蓄電池形成優勢互補。針對超級電容器和蓄電池的儲能特點，將兩種元件聯合使用的混合儲能模式逐漸興起。

發明內容

為解決上述問題，本實用新型提供一種可以進行風能最大功率跟蹤的小型風力發電機的控制器。

本實用新型的適用于小型風力發電機的控制器，其特征在于：包括DC/DC變換器、雙向DC/DC變換器、采樣電路、控制電路和兩個驅動電路，所述采樣電路的輸出端與控制電路的輸入端連接，控制電路的輸出端與兩個驅動電路的輸入端連接，驅動電路1的輸出端與DC/DC變換器的輸入端連接，驅動電路2的輸出端與雙向DC/DC變換器的輸入端連接。

其中，所述DC/DC變換器采用包括一個功率開關管、一個濾波電容器、一個電感器和一個功率二極管的BUCK電路。當功率開關管導通時，電感器儲存電能，電容器處于充電狀態。當功率開關管斷開時，電感器經功率二極管給濾波電容器儲能。

所述雙向DC/DC變換器是蓄電池的充電電路。通過對雙向DC/DC電路的閉環控制精確控制蓄電池組和超級電容組的充放電電壓、電流。

本實用新型的控制器，是將風力發電機發出的變頻、變壓的交流電經過整流送入DC/DC變換器，控制器通過采樣電路檢測到直流電壓、直流電流以及蓄電池的端電壓和充電電流，進行比較，調整輸出PWM脈沖波，送至驅動電路1和驅動電路2，驅動電路1對接收到的脈沖波進行處理后驅動DC/DC電路使之調整自身及負載的等效阻抗，最終使風力發電機輸出當前可以輸出的最大電功率。驅動電路2對接收到的脈沖波進行處理后驅動雙向DC/DC變換器控制蓄電池組的分階段變電流充電及超級電容器組對蓄電池組的供電。

本實用新型的控制器的工作原理如下：

A.控制器中的采樣電路對控制器的輸入信號進行采樣，將采樣信息輸送到對應控制器中的控制電路，為控制電路進行最大功率跟蹤算法的計算和蓄電池分階段變電流充電法提供參數依據；

B.控制電路實現最大功率跟蹤(MPPT)。根據采樣電路輸送的采樣信息進行最大功率跟蹤算法計算，得出控制DC/DC變換器中功率開關管的PWM脈沖波的占空比，形成PWM脈沖波，并將其輸出到控制器中的驅動電路；

C.控制電路根據采樣電路輸送的蓄電池端電壓和充電電流的采樣值進行分階段變電流控制，得出雙向DC/DC變換器中功率開關管的PWM脈沖波的占空比，形成PWM脈沖波，并將其輸出到控制器中的驅動電路；

D.驅動電路接收到來自控制電路的PWM脈沖波，進過隔離、放大之后，將處理過的PWM脈沖波輸送至控制器中的DC/DC變換器和雙向DC/DC變換器；