[发明专利]一种风力发电机的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种风力发电机的控制系统。

背景技术

风力发电作为一种清洁、环保的发电方式，越来越受到重视；但由于现实中，自然风非常的不稳定，而风力发电是依靠自然风推动风轮转动，带动风力发电机产生电能，因此风力发电机的工作状态也极不稳定，因而必须对风力发电机进行良好的控制，保证系统的安全、高效，但不同的风力发电机功率曲线不同，且风力发电机的工作状态不稳定，输出功率变化频繁、无规律，传统的风力发电控制器采用定时采样的方式，风力发电机的主控制器通过对负载大小的调整，使得负载与发电机的功率匹配，提高发电机的效率，传统的控制器采用曲线自动跟踪法调整负载，通过对发电机功率曲线的斜率采样计算得数据，当取样点越多，调节精度越高，但现实中发电机的工作状态复杂，取样困难，且不同的风力发电机功率曲线差异很大，通用性差，目前常用的控制器取样频率在10KHz左右，调节精度不高，难以实现最优化的功率控制。

目前大多数的风力发电机完全由风轮直接驱动，但传统的风力发电机均采用三相永磁交流发电机，其静止的转矩较大，风速低时无法启动，造成发电机发电效率低下；申请号200810066917的中国专利公开了一种风力发电机，在原有发电机的基础增加了电动机单体，可在风力不足时启动电动机单体，辅助风力发电机启动，但该方案成本较高，装置复杂，控制困难，可靠性低。

发明内容

本发明为解决现有技术问题，提供一种功率调整效率高的风力发电机的控制系统。

本发明的技术方案是：一种风力发电机的控制系统，包括总控制器，总控制器分别连接有发电机和蓄电池，其特征在于：所述总控制器包括与发电机的输出端相连接的整流装置、与整流装置的输出端相连接的脉宽调制装置和控制装置，所述总控制器还包括连接于发电机和蓄电池之间的逆变装置，所述逆变装置设置有控制开关，该控制开关与控制装置相连，并受控制装置的控制；所述控制装置包括与整流装置的输出端相连接、检测输出端电压变化的检测装置，检测装置连接有从检测装置读取数据并进行计算的计算装置，计算装置连接有脉宽调整装置。

当风速较低，发电机因较高的静止转矩无法启动时，控制装置打开控制开关，逆变装置将蓄电池的电能反输入发电机中，使得发电机成为电动机，克服静止转矩开始转动，当发电机到达指定转速时，控制装置关闭控制开关，停止对发电机的辅助启动；检测装置对整流装置输出端的电压变化，即ΔU，进行采样，当电压趋向上升，则负载太小，脉宽调整装置经过调整，加大负载，当电压趋向下降，则负载过重，脉宽调整装置经过调整，减小负载，计算量相当小，且调整更精确，因此可以做到更高的采样频率，使得控制器的功率曲线与发电机的功率曲线更匹配，优化功率控制。

作为优选，所述控制系统还包括风速仪，所述风速仪与控制装置相连，并将数据传输至控制装置。风速仪检测风速，然后将风速数据传输至控制装置，当风速到达发电需要的速度，但不足以克服静止转矩的时候，控制装置控制逆变器打开，辅助发电机启动发电。

作为优选，所述控制系统还包括超速保护装置，所述超速保护装置包括可对发电机转轴进行制动的刹车装置，所述刹车装置与控制装置相连接，并受控制装置控制。当风力过大，系统无法承受时，控制装置控制刹车装置作用，对发电机进行减速，保护整个系统。

作为优选，所述控制装置还设置有用于连接外部电网的转换装置。发电机的控制器均采用蓄电池供电，当无风且蓄电池电压过低时，控制器会因供电不足而关闭，造成无法控制，给实际应用带来困难；本发明利用外部电网对蓄电池进行补电，连接与外部电网的转换装置提供略大于蓄电池欠压保护点的电压，输出供给蓄电池，平时使用中此电压低于蓄电池的工作电压，不会从外部电网提取电能，当蓄电池因消耗过度或故障时，蓄电池的电压低于转换装置提供的电压，由转换装置向蓄电池供电，支持控制器继续工作，且当蓄电池的电压接近欠压保护点时，负载已经自动脱开，不会对外部电网和转换装置造成压力。

作为优选，所述转换装置包括降压电路和与降压电路相连接的稳压电路。

作为优选，所述控制装置还包括连接于脉宽调制装置与蓄电池之间的充电装置。充电装置控制发电机对蓄电池进行充电，同时对蓄电池进行欠压保护、过压保护、开路保护、短路保护以及充电电流限制、充电电压限制、浮充等一系列保护动作。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、发电机启动风速要求低，在较低风速下就可输出电能，风力利用率高；

2、对风力发电机功率控制最优化，发电机效率高；