專利名稱：一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置，特別涉及一種輸入電壓范圍較寬的一體 化風(fēng)力發(fā)電變換裝置，屬于新能源應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前新能源技術(shù)，特別是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日益受到人們的關(guān)注。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多 采用三相永磁直驅(qū)形式，因此由于風(fēng)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(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。為了給直流負(fù)載提供穩(wěn)定的電源，通常需要蓄電池作為電能的儲 存和穩(wěn)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(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端都會設(shè)計一個變換裝置為蓄電池充電并 且為負(fù)載提供電力。通常小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)為了降低成本，僅對永磁發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電整流后直 接給蓄電池充電，當(dāng)風(fēng)速較大且負(fù)載較小時，需要通過泄荷模塊將部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)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(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)能的利用率比較低，當(dāng)風(fēng)速較低時， 發(fā)電機(jī)輸出電壓低于蓄電池電壓，風(fēng)能無法轉(zhuǎn)換成電能給蓄電池充電并給負(fù)載供電；當(dāng)風(fēng) 速較高時由于電壓被鉗制，所以風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也基本上無法隨風(fēng)速改變，因此不能最大限度地 利用風(fēng)能，更無法進(jìn)行最大功率點追蹤控制。近來，有研究在風(fēng)力發(fā)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(fēng)能利用率不高的問題。但是這種方案中，DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)比較 復(fù)雜，成本也比較高，造成系統(tǒng)的投資較大，成本回收困難，不利于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的 推廣和使用。綜上所述，在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用中，需要充分利用風(fēng)能資源，提高風(fēng)力發(fā)電的 風(fēng)能捕獲效率，能夠?qū)π铍姵氐某浞烹娺^程進(jìn)行控制，從而延長蓄電池的使用壽命，同時還 需要進(jìn)一步降低成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提出了一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置。主要目 的就是在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用中提高風(fēng)能利用率，實現(xiàn)升降壓控制功能，并且降低系 統(tǒng)成本。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、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(shù)字控制器、輸出電流傳感器、輸出電壓傳感器、蓄電池、直流負(fù)載組成。風(fēng)力發(fā)電 機(jī)輸出與整流模塊的輸入相連接，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)與整流模塊之間并聯(lián)一個制動控制單元， 整流模塊的輸出端上并聯(lián)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 流變換器的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(fù)載。全數(shù)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(tài)接觸器)和短路條組成，用于風(fēng)機(jī)的 短路制動控制；所述一體化直流變換器由降壓控制開關(guān)、續(xù)流二極管、儲能電感、泄荷電阻、升壓 控制開關(guān)、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(guān)， 再與儲能電感和防反二極管串聯(lián)，防反二極管與正輸出端相連接，續(xù)流二極管并聯(lián)在儲能 電感輸入端和負(fù)極之間，泄荷電阻與升壓控制開關(guān)串聯(lián)后并聯(lián)在儲能電感輸出端和負(fù)極之 間，輸出濾波電容并聯(lián)在一體化直流變換器的輸出端。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果本發(fā)明的一個效果在于，可以實現(xiàn)升降壓變換功能，達(dá)到最佳風(fēng)能捕獲效果。在風(fēng) 速較低時，啟動升壓功能，反之在風(fēng)速較高時，啟動降壓功能。本發(fā)明的另外一個效果在于，可以實現(xiàn)最大功率點追蹤控制，提高系統(tǒng)效率，并且 可以對蓄電池的充放電曲線進(jìn)行有效控制。本發(fā)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(fēng)較大的情況下，為了保證系統(tǒng)的安全，可以進(jìn)行泄荷，限制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在此期間不影響 系統(tǒng)供電，極端條件下可以對風(fēng)機(jī)進(jìn)行電磁制動。


圖1是本發(fā)明中一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置框圖；圖2是整流模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；圖3是一體化直流變換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式實施例一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)101、制動控制單元102、整流模塊103、輸入電壓傳感器104、一體化直流變換器105、全數(shù)字控制器106、輸出電流傳感器107、輸出電壓傳感器108、蓄電池109、直 流負(fù)載110。風(fēng)力發(fā)電機(jī)101輸出與整流模塊103的輸入相連接，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)101與整流 模塊103之間并聯(lián)一個制動控制單元102，整流模塊103的輸出端并聯(lián)輸入電壓傳感器104 并與一體化直流變換器105的輸入端相連，一體化直流變換器105的輸出直流母線上連接 有輸出電流傳感器107、輸出電壓傳感器108、蓄電池109和直流負(fù)載110。全數(shù)字控制器 106檢測輸入電壓傳感器104、輸出電流傳感器107和輸出電壓傳感器108的信號，并且向 制動控制單元102和一體化直流變換器105提供控制信號。所述整流模塊103由二極管201、202、203、204、205、206三相全橋整流單元、直流
濾波電容207組成，用于交流-直流變換；所述制動控制單元102由三相接觸器(或者固態(tài)接觸器)和短路條組成，用于風(fēng) 機(jī)的短路制動控制；
所述一體化直流變換器105由降壓控制開關(guān)301、續(xù)流二極管302、儲能電感303、泄荷電阻304、升壓控制開關(guān)305、防反二極管306、輸出濾波電容307組成。一體化直流變 換器105正輸入端接降壓控制開關(guān)301，再與儲能電感303和防反二極管306串聯(lián)，防反二 極管306與正輸出端相連接，續(xù)流二極管302并聯(lián)在儲能電感303輸入端和負(fù)極之間，泄荷 電阻304與升壓控制開關(guān)305串聯(lián)后并聯(lián)在儲能電感303輸出端和負(fù)極之間，輸出濾波電 容307并聯(lián)在一體化直流變換器105的輸出端。本實施例上述內(nèi)容具體解釋如下如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電機(jī)101發(fā)出的交流電經(jīng)過整流模塊103轉(zhuǎn)換為直流電，由于 風(fēng)速的變化，使得整流模塊103的輸出直流電壓非常不穩(wěn)定。整流模塊103輸出的直流電傳 遞給一體化直流變換器105，一體化直流變換器105能夠?qū)斎胫绷麟妷哼M(jìn)行升降壓變換， 所以可以將不穩(wěn)定的輸入直流電轉(zhuǎn)換為恒定的直流電輸出給蓄電池109和直流負(fù)載110供 電，或者按照蓄電池的充電特性對直流母線電壓和電流進(jìn)行控制。所有控制策略均由全數(shù) 字控制器106實現(xiàn)，首先全數(shù)字控制器106通過輸入電壓傳感器104和輸出電壓傳感器108 檢測到輸入直流母線電壓和輸出直流母線電壓，然后根據(jù)輸入輸出電壓的差判斷出升壓工 作模式還是降壓工作模式，然后根據(jù)輸出電流傳感器107檢測得到的輸出電流來控制一體 化直流變換器105的占空比。當(dāng)風(fēng)速較高時輸入電壓傳感器104檢測得到的輸入電壓升高到一定值，為了防止 電壓過高，全數(shù)字控制器106控制一體化直流變換器105進(jìn)入泄荷模式，同時通過降壓控制 繼續(xù)向蓄電池109、直流負(fù)載110供電。如果遇到極端氣象條件下為了防止風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高損壞風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，首先全數(shù)字 控制器106控制一體化直流變換器105進(jìn)入泄荷模式，并將泄荷電流設(shè)到最大值，然后控制 制動控制單元102短接制動。當(dāng)本發(fā)明一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置工作在升壓/降壓模式時，通過全數(shù)字控制 器106可以實現(xiàn)最大功率點追蹤控制，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)捕獲的風(fēng)能達(dá)到最大值。一體化直流變換器105通過全數(shù)字控制器106的控制可以工作在升壓、降壓和泄 荷三種模式，見圖3。當(dāng)一體化直流變換器105工作在降壓模式時，通過全數(shù)字控制器106 控制升壓控制開關(guān)305斷開，再調(diào)節(jié)降壓控制開關(guān)301的占空比來控制輸出電壓和電流的 大小。當(dāng)一體化直流變換器105工作在升壓模式時，通過全數(shù)字控制器106控制降壓控制 開關(guān)301導(dǎo)通，再調(diào)節(jié)升壓控制開關(guān)305的占空比來控制輸出電壓和電流的大小。當(dāng)一體 化直流變換器105工作在泄荷模式時，通過全數(shù)字控制器106控制升壓控制開關(guān)305導(dǎo)通， 再調(diào)節(jié)降壓控制開關(guān)301的占空比來控制泄荷電流的大小，同時保證輸出電壓和電流達(dá)到 設(shè)定值。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。故凡依本發(fā)明 之精神實質(zhì)、形狀、原理所作的變化或修飾，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置，其特征在于，它由風(fēng)力發(fā)電機(jī)(101)、制動控制單元(102)、整流模塊(103)、輸入電壓傳感器(104)、一體化直流變換器(105)、全數(shù)字控制器(106)、輸出電流傳感器(107)、輸出電壓傳感器(108)、蓄電池(109)、直流負(fù)載(110)組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)(101)輸出與整流模塊(103)的輸入相連接，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)(101)與整流模塊(103)之間并聯(lián)一個制動控制單元(102)，整流模塊(103)的輸出端并聯(lián)輸入電壓傳感器(104)并與一體化直流變換器(105)的輸入端相連，一體化直流變換器(105)的輸出直流母線上連接有輸出電流傳感器(107)、輸出電壓傳感器(108)、蓄電池(109)和直流負(fù)載(110)。全數(shù)字控制器(106)檢測輸入電壓傳感器(104)、輸出電流傳感器(107)和輸出電壓傳感器(108)的信號，并且向制動控制單元(102)和一體化直流變換器(105)提供控制信號。
2.如權(quán)利要求1所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置，其特征在于，整流模塊(103)由 二極管(201)、(202)、(203)、(204)、(205)、(206)三相全橋整流單元、直流濾波電容(207) 組成，用于交流-直流變換。
3.如權(quán)利要求1所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置，其特征在于，制動控制單元(102) 由三相接觸器(或者固態(tài)接觸器)和短路條組成，用于風(fēng)機(jī)的短路制動控制。
4.如權(quán)利要求1所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置，其特征在于，所述一體化直流變 換器(105)由降壓控制開關(guān)(301)、續(xù)流二極管(302)、儲能電感(303)、泄荷電阻(304)、升 壓控制開關(guān)(305)、防反二極管(306)、輸出濾波電容(307)組成。一體化直流變換器(105) 正輸入端接降壓控制開關(guān)(301)，再與儲能電感(303)和防反二極管(306)串聯(lián)，防反二極 管(306)與正輸出端相連接，續(xù)流二極管(302)并聯(lián)在儲能電感(303)輸入端和負(fù)極之間， 泄荷電阻(304)與升壓控制開關(guān)(305)串聯(lián)后并聯(lián)在儲能電感(303)輸出端和負(fù)極之間， 輸出濾波電容(307)并聯(lián)在一體化直流變換器(105)的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開一種小型風(fēng)力發(fā)電變換裝置。本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)、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(shù)字控制器、輸出電流傳感器、輸出電壓傳感器、蓄電池、直流負(fù)載組成。本發(fā)明以實現(xiàn)升降壓變換功能，達(dá)到最佳風(fēng)能捕獲效果，并且可以實現(xiàn)最大功率點追蹤控制，提高系統(tǒng)效率。升降壓DC/DC變換與泄荷控制集成在一起，成本低，在風(fēng)較大的情況下，為了保證系統(tǒng)的安全，可以進(jìn)行泄荷，限制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在此期間不影響系統(tǒng)供電，極端條件下可以對風(fēng)機(jī)進(jìn)行電磁制動。
文檔編號H02M7/04GK101814763SQ20101014671
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者冬雷 申請人:冬雷