專利名稱：一種提高小型風(fēng)力發(fā)電機輸出功率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電輸出功率控制策略,具體涉及一種提高小型風(fēng)力發(fā)電機輸出功率的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力資源是取之不盡、用之不竭的可再生能源，并且無空氣污染、不產(chǎn)生廢棄物，是一種清潔的能源。風(fēng)力發(fā)電是最常用的一種風(fēng)能利用形式，也是新能源中技術(shù)最成熟，最具開發(fā)條件和商業(yè)化前景的發(fā)電方式之一。風(fēng)能具有一定的動能，通過時風(fēng)輪轉(zhuǎn)動將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，然后帶動發(fā)電機發(fā)電，再通過不可控三相整流器等設(shè)備從而得到穩(wěn)定的直流電，一部風(fēng)供給蓄電池充電，另一部分通過逆變器輸出交流電，供給交流負載。但是，由于自然界風(fēng)的不確定性，風(fēng)速隨著時間的不同而無規(guī)律的變化，時而風(fēng)大，時而風(fēng)小，或是沒有風(fēng)，風(fēng)力發(fā)電機輸出電壓很不穩(wěn)定。特別是當風(fēng)速較小時，輸出電壓較低，達不到負載的工作電壓，不能為負載供電，此時風(fēng)能得不到充分利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種可以有效提高小型風(fēng)力發(fā)電機輸出功率的控制策略。一種提高小型風(fēng)力發(fā)電輸出功率的方法，當風(fēng)速大于風(fēng)力發(fā)電機的啟動風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機輸出三相交流電，三相交流電經(jīng)整流橋變?yōu)橹绷麟?；控制器檢測整流橋輸出的直流電，當直流電電壓超過充電電壓時，控制器通過接通旁通電路的模擬開關(guān)，將直流電通過旁通電路接入充電電路，為蓄電池充電；若整流橋輸出的直流電壓小于充電電壓，則控制器通過接通升壓電路的模擬開關(guān)，將直流電通過升壓電路升壓后，接入充電電路；在無風(fēng)時或風(fēng)速很小時，達不到風(fēng)力發(fā)電機的啟動風(fēng)速，控制器控制升壓電路模擬開關(guān)與旁通電路模擬開關(guān)均處于斷開狀態(tài)，使風(fēng)力發(fā)電機處于空載狀態(tài)，控制器檢測整流橋輸出的直流電壓，當電壓達到設(shè)定的閥值時，控制器以固定頻率的PWM控制方式控制升壓電路模擬開關(guān)，將升壓電路接入，升壓到可以給蓄電池充電的充電電壓，為蓄電池充電；當所發(fā)電量達到可以給蓄電池充電電壓時，啟動旁通電路，直接給蓄電池充電，同時控制器以固定頻率的PWM控制方式控制旁通電路模擬開關(guān)，根據(jù)功率的變化調(diào)整PWM輸出的占空比，以保證最大功率輸出。所述的方法，所述控制器的PWM控制方式為:控制器同時檢測整流橋輸出的直流電的電壓u與電流i，并換算成功率；根據(jù)功率的變化調(diào)整PWM輸出的占空比，以保證最大功率輸出；具體措施是:風(fēng)機啟動時，PWM波的ON狀態(tài)與OFF狀態(tài)時長為I比1，在PWM波的第一個周期的ON狀態(tài)開始檢測輸出電壓U、電流i，然后根據(jù)P = u*i計算風(fēng)力發(fā)電機輸出功率P，在PWM波的第二個周期的ON狀態(tài)到來時再檢測輸出電壓、電流，并計算風(fēng)力發(fā)電機輸出功率P，然后控制器計算出前一周期與后一周期兩次檢測的功率P的差值Λρ，由Δp來決定PWM波的下一個周期占空比的大?。蝗籀?> O，則表示風(fēng)力發(fā)電機輸出功率在增加，則增大PWM波的占空比，開狀態(tài)的增大量為Ad;若Λρ < O，則表示風(fēng)力發(fā)電機輸出功率在減小，則減小PWM波的占空比，開狀態(tài)時長減小量為Λ d ;當PWM波的后續(xù)周期到來時，不斷重復(fù)以上過程。所述的方法，在系統(tǒng)初次賦值時給Ad賦值為PWM周期的1%時長，在調(diào)節(jié)過程中，根據(jù)檢測功率差值Λ P的絕對值I Λρ|大小，采取粗調(diào)、細調(diào)、微調(diào)模式；若I Δρ較大，變化率達到20%以上，采用粗調(diào)模式，PWM波開狀態(tài)增大或減小量可以取Ad初值的10倍；若
Δρ變化率在5%至20%，采用細調(diào)模式，PWM波開狀態(tài)增大或減小量Ad取值為5倍初值；變化率在5%以內(nèi)采用微調(diào)模式，PWM波開狀態(tài)增大或減小量取初值I毫秒。有益效果:本發(fā)明通過不斷檢測風(fēng)力發(fā)電的功率輸出，實時控制負載(蓄電池)的接入，實時啟動升壓電路，采用動態(tài)PWM方式控制升壓電路或者旁通電路開關(guān)的導(dǎo)通與斷開，從而控制風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率，保證在較低風(fēng)速時風(fēng)力發(fā)電機就能運轉(zhuǎn)，風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)起來就能獲得最大輸出功率，有效地利用風(fēng)能，且維持風(fēng)機運行的穩(wěn)定。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明PWM輸出波形圖。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1所示,一種提高小型風(fēng)力發(fā)電輸出功率的方法,實現(xiàn)裝置包括風(fēng)力發(fā)電機，整流電路，控制器，旁路模擬開關(guān)，升壓電路，旁通電路，充電電路，蓄電池。當風(fēng)速大于風(fēng)力發(fā)電機的啟動風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機輸出三相交流電，三相交流電經(jīng)整流橋變?yōu)橹绷麟姟？刂破鳈z測整流橋輸出的直流電，當直流電電壓超過充電電壓時，控制器通過接通旁通電路的模擬開關(guān)，將直流電通過旁通電路接入充電電路，為蓄電池充電；若整流橋輸出的直流電壓小于充電電壓，則控制器通過接通升壓電路的模擬開關(guān)，將直流電通過升壓電路升壓后，接入充電電路。本發(fā)明通過控制器實時控制負載(蓄電池)的接入，實時啟動升壓電路，采用PWM方式控制升壓電路模擬開關(guān)的導(dǎo)通與斷開，從而控制充電電流，保證在低風(fēng)速時獲得最大輸出功率，有效地利用風(fēng)能，且維持風(fēng)機運行的穩(wěn)定。在無風(fēng)時或風(fēng)速很小時，達不到風(fēng)力發(fā)電機的啟動風(fēng)速，控制器控制升壓電路模擬開關(guān)與旁通電路模擬開關(guān)均處于斷開狀態(tài)，使風(fēng)力發(fā)電機處于空載狀態(tài)，這樣當有較小的風(fēng)力時，風(fēng)力發(fā)電機便能克服自身慣性開始旋轉(zhuǎn)。由于此時負載沒有接入，不存在反向電動勢，風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速易于上升，控制器檢測整流橋輸出的直流電壓，當電壓達到設(shè)定的閥值時，控制器以固定頻率的PWM控制方式控制升壓電路模擬開關(guān)，將升壓電路接入，升壓到可以給蓄電池充電的充電電壓，為蓄電池充電。當所發(fā)電量達到可以給蓄電池充電電壓時，啟動旁通電路，直接給蓄電池充電，同時控制器以固定頻率的PWM控制方式控制旁通電路模擬開關(guān)，根據(jù)功率的變化調(diào)整PWM輸出的占空比，以保證最大功率輸出。通過本發(fā)明控制方式，可以保證最大程度的利用風(fēng)能資源，為蓄電池提供更多的能量?？刂破鞯腜WM控制方式為:控制器同時檢測整流橋輸出的直流電的電壓u與電流i，并換算成功率。根據(jù)功率的變化調(diào)整PWM輸出的占空比，以保證最大功率輸出。具體措施是，風(fēng)機啟動時，PWM波的ON狀態(tài)與OFF狀態(tài)時長為I比1，波形如圖2中PWMl波形所示，在P麗I第一個周期的ON狀態(tài)開始檢測輸出電壓U、電流i，然后根據(jù)P = u*i計算風(fēng)力發(fā)電機輸出功率P，在PWMl第二個周期的ON狀態(tài)到來時再檢測輸出電壓、電流，并計算風(fēng)力發(fā)電機輸出功率P，然后控制器計算出前一周期與后一周期兩次檢測的功率P的差值
來決定PWMl波的下一個周期占空比的大小。若Λρ > 0，則表示風(fēng)力發(fā)電機輸出功率在增力口，則增大PWM波的占空比，開狀態(tài)的增大量為Ad，如圖2中PWM2波形所示；若Δρ < O,則表不風(fēng)力發(fā)電機輸出功率在減小，貝1J減小PWM波的占空比，開狀態(tài)時長減小量為Δ d,如圖2中PWM3波形所示。當PWMl波的后續(xù)周期到來時，不斷重復(fù)以上過程。Ad的大小可以根據(jù)調(diào)節(jié)的精度與系統(tǒng)響應(yīng)的速度來決定，如Ad過小，表面上看調(diào)節(jié)精度高，但風(fēng)力發(fā)電機輸出功率變化量小，調(diào)節(jié)系統(tǒng)向最大功率方向變化的時間變長，不能迅速達到工作于最大功率輸出狀態(tài)；反之如果Ad過大，雖然調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機輸出功率迅速些，但調(diào)節(jié)精度降低，同時也帶來了反向電動勢的影響，因此在實際應(yīng)用中要平衡調(diào)節(jié)的精度與系統(tǒng)響應(yīng)的速度的關(guān)系，必要時需要通過工程實驗來校正。在系統(tǒng)初次賦值時 可以給Ad賦值為PWM周期的I %時長，假設(shè)PWM波周期為100毫秒，則取Ad為I毫秒。在調(diào)節(jié)過程中，根據(jù)檢測功率差值Λρ的絕對值I Λρ|大小，采取粗調(diào)、細調(diào)、微調(diào)模式。若I Λρ|較大，變化率達到20%以上，采用粗調(diào)模式，PWM波開狀態(tài)增大或減小量可以取Ad初值的10倍，即10毫秒；若I Λρ|變化率在5%至20%，采用細調(diào)模式，PWM波開狀態(tài)增大或減小量△ d取值為5倍初值，即5毫秒；變化率在5%以內(nèi)采用微調(diào)模式，PWM波開狀態(tài)增大或減小量取初值I毫秒。應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種提高小型風(fēng)力發(fā)電輸出功率的方法，其特征在于:當風(fēng)速大于風(fēng)力發(fā)電機的啟動風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機輸出三相交流電，三相交流電經(jīng)整流橋變?yōu)橹绷麟姡豢刂破鳈z測整流橋輸出的直流電，當直流電電壓超過充電電壓時，控制器通過接通旁通電路的模擬開關(guān)，將直流電通過旁通電路接入充電電路，為蓄電池充電；若整流橋輸出的直流電壓小于充電電壓，則控制器通過接通升壓電路的模擬開關(guān)，將直流電通過升壓電路升壓后，接入充電電路； 在無風(fēng)時或風(fēng)速很小時，達不到風(fēng)力發(fā)電機的啟動風(fēng)速，控制器控制升壓電路模擬開關(guān)與旁通電路模擬開關(guān)均處于斷開狀態(tài)，使風(fēng)力發(fā)電機處于空載狀態(tài)，控制器檢測整流橋輸出的直流電壓，當電壓達到設(shè)定的閥值時，控制器以固定頻率的PWM控制方式控制升壓電路模擬開關(guān)，將升壓電路接入，升壓到可以給蓄電池充電的充電電壓，為蓄電池充電； 當所發(fā)電量達到可以給蓄電池充電電壓時，啟動旁通電路，直接給蓄電池充電，同時控制器以固定頻率的PWM控制方式控制旁通電路模擬開關(guān)，根據(jù)功率的變化調(diào)整PWM輸出的占空比，以保證最大功率輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器的PWM控制方式為:控制器同時檢測整流橋輸出的直流電的電壓u與電流i，并換算成功率；根據(jù)功率的變化調(diào)整PWM輸出的占空比，以保證最大功率輸出；具體措施是:風(fēng)機啟動時，PWM波的ON狀態(tài)與OFF狀態(tài)時長為I比1，在PWM波的第一個周期的ON狀態(tài)開始檢測輸出電壓U、電流i，然后根據(jù)P =u*i計算風(fēng)力發(fā)電機輸出功率P，在PWM波的第二個周期的ON狀態(tài)到來時再檢測輸出電壓、電流，并計算風(fēng)力發(fā)電機輸出功率P，然后控制器計算出前一周期與后一周期兩次檢測的功率P的差值Λ p，由Λ P來決定PWM波 的下一個周期占空比的大?。蝗籀?gt;0，則表示風(fēng)力發(fā)電機輸出功率在增加，則增大PWM波的占空比，開狀態(tài)的增大量為Ad;若Λρ<0，則表示風(fēng)力發(fā)電機輸出功率在減小，則減小PWM波的占空比，開狀態(tài)時長減小量為Λ d ;當PWM波的后續(xù)周期到來時，不斷重復(fù)以上過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在系統(tǒng)初次賦值時給Ad賦值為PWM周期的I %時長，在調(diào)節(jié)過程中，根據(jù)檢測功率差值Λρ的絕對值I Λρ|大小，采取粗調(diào)、細調(diào)、微調(diào)模式；若I Λρ|較大，變化率達到20%以上，采用粗調(diào)模式，PWM波開狀態(tài)增大或減小量可以取Ad初值的10倍；若I Λρ|變化率在5%至20%，采用細調(diào)模式，PWM波開狀態(tài)增大或減小量△ d取值為5倍初值；變化率在5%以內(nèi)采用微調(diào)模式，PWM波開狀態(tài)增大或減小量取初值I暈秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高小型風(fēng)力發(fā)電輸出功率的方法，當風(fēng)速大于風(fēng)力發(fā)電機的啟動風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機輸出三相交流電，三相交流電經(jīng)整流橋變?yōu)橹绷麟?；控制器檢測整流橋輸出的直流電，當直流電電壓超過充電電壓時，控制器通過接通旁通電路的模擬開關(guān)，將直流電通過旁通電路接入充電電路，為蓄電池充電；若整流橋輸出的直流電壓小于充電電壓，則控制器通過接通升壓電路的模擬開關(guān)，將直流電通過升壓電路升壓后，接入充電電路；本發(fā)明的方法能夠保證在較低風(fēng)速時風(fēng)力發(fā)電機就能運轉(zhuǎn)，風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)起來就能獲得最大輸出功率，有效地利用風(fēng)能，且維持風(fēng)機運行的穩(wěn)定。
文檔編號H02J7/14GK103199601SQ201310132588
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者賁禮進, 李金喜, 陳繼永 申請人:南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院