[实用新型]一种适用于小型风力发电机的控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及能源，具体是一种可以进行风能最大功率跟踪的小型风力发电系统的控制器。

背景技术

随着不可再生能源的日益短缺和大气污染的加重，风能作为一种自然界馈赠的绿色可再生能源，储量丰富、无需开采和运输很快受到人类的亲睐，并且伴随科技的日益突飞猛进，发展风力发电的支撑技术和支撑材料都有了可靠保证，风力发电成本也在逐年下降。因此，风力发电具有广阔的前景。小型风力发电机是我国远离电网的边远偏僻农村、牧区、海岛和特殊处所解决基本用电问题的主要方式，但小型风力发电机控制系统有其特殊性和复杂性：①受风能的随机性和不稳定性以及负载的随时变化影响大；②储能设备如蓄电池容易欠充、过充、过放等等，所以小型风电系统控制部分的设计至关重要。但是目前，风力发电机组的控制器缺少对风力发电机输出功率的控制，导致风力发电机对风能的捕获能力具有一定的局限性，因此，风力发电机组不能最大程度的发出电能，造成能源的浪费。

风力发电系统不同于常规发电系统，因风的随机性、间歇性，风力发电机输出的功率会产生较大的波动，以至于不能为常规负载正常供电。为了抑制这种波动，需要在风力发电系统中安装储能装置。风力发电系统中，传统的储能装置是蓄电池组，蓄电池生产技术成熟、能量密度大、价格相对较低，加以适合的充放电控制，蓄电池储能系统为风力发电系统的供电可靠性提供保障。但是蓄电池的功率密度低，不适合大功率供电的场合，并且它的循环寿命短，风速变化及负荷频繁波动引起的储能系统小循环充放电现象会缩短蓄电池的使用寿命，导致风力发电系统综合运行成本增大。

超级电容器是一种新兴的储能器件，它的循环寿命长、充放电速度快、功率密度大，因此，超级电容器适用于风力发电系统输出功率频繁变化的场合以及短时大功率负载供电的场合。并且，超级电容器的这些特性恰好可以与蓄电池形成优势互补。针对超级电容器和蓄电池的储能特点，将两种元件联合使用的混合储能模式逐渐兴起。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种可以进行风能最大功率跟踪的小型风力发电机的控制器。

本实用新型的适用于小型风力发电机的控制器，其特征在于：包括DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、采样电路、控制电路和两个驱动电路，所述采样电路的输出端与控制电路的输入端连接，控制电路的输出端与两个驱动电路的输入端连接，驱动电路1的输出端与DC/DC变换器的输入端连接，驱动电路2的输出端与双向DC/DC变换器的输入端连接。

其中，所述DC/DC变换器采用包括一个功率开关管、一个滤波电容器、一个电感器和一个功率二极管的BUCK电路。当功率开关管导通时，电感器储存电能，电容器处于充电状态。当功率开关管断开时，电感器经功率二极管给滤波电容器储能。

所述双向DC/DC变换器是蓄电池的充电电路。通过对双向DC/DC电路的闭环控制精确控制蓄电池组和超级电容组的充放电电压、电流。

本实用新型的控制器，是将风力发电机发出的变频、变压的交流电经过整流送入DC/DC变换器，控制器通过采样电路检测到直流电压、直流电流以及蓄电池的端电压和充电电流，进行比较，调整输出PWM脉冲波，送至驱动电路1和驱动电路2，驱动电路1对接收到的脉冲波进行处理后驱动DC/DC电路使之调整自身及负载的等效阻抗，最终使风力发电机输出当前可以输出的最大电功率。驱动电路2对接收到的脉冲波进行处理后驱动双向DC/DC变换器控制蓄电池组的分阶段变电流充电及超级电容器组对蓄电池组的供电。

本实用新型的控制器的工作原理如下：

A.控制器中的采样电路对控制器的输入信号进行采样，将采样信息输送到对应控制器中的控制电路，为控制电路进行最大功率跟踪算法的计算和蓄电池分阶段变电流充电法提供参数依据；

B.控制电路实现最大功率跟踪(MPPT)。根据采样电路输送的采样信息进行最大功率跟踪算法计算，得出控制DC/DC变换器中功率开关管的PWM脉冲波的占空比，形成PWM脉冲波，并将其输出到控制器中的驱动电路；

C.控制电路根据采样电路输送的蓄电池端电压和充电电流的采样值进行分阶段变电流控制，得出双向DC/DC变换器中功率开关管的PWM脉冲波的占空比，形成PWM脉冲波，并将其输出到控制器中的驱动电路；

D.驱动电路接收到来自控制电路的PWM脉冲波，进过隔离、放大之后，将处理过的PWM脉冲波输送至控制器中的DC/DC变换器和双向DC/DC变换器；