專利名稱：一種最大功率跟蹤的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源發(fā)電與電氣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種最大功率跟蹤的風(fēng)カ發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于煤電油供求關(guān)系明顯趨緊，導(dǎo)致我國石油進ロ量與日俱增，能源供應(yīng)不足已成了目前制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。傳統(tǒng)的礦石能源 由于儲量不足和環(huán)境污染等問題已經(jīng)不能滿足人們生活的需要。從長遠來看，開發(fā)和利用新能源和可再生能源是解決中國能源和能源環(huán)境問題的重要措施之一，其中風(fēng)能的利用尤為重要。風(fēng)カ發(fā)電作為目前世界上可再生能源開發(fā)利用中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，由于其在減輕環(huán)境污染、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、解決偏遠地區(qū)居民用電問題等方面的突出作用，越來越受到世界各國的重視，并得到了廣泛的開發(fā)和利用。為了提高風(fēng)能的利用率，目前多采用最大功率跟蹤技木。現(xiàn)階段常規(guī)的最大功率跟蹤方式分別是葉尖速比控制法、功率信號反饋法和爬山搜索法。葉尖速比控制法具有很好的準確性和反應(yīng)速度，但該方法需要測量風(fēng)速，不但導(dǎo)致成本的増加，而且很難精確。至于功率信號反饋法和爬山搜索法在風(fēng)速變化較快的情況下，會引起輸出功率較大的變動。而輸出功率的變動會在風(fēng)電機組并網(wǎng)運行時引起的電壓波動，電壓閃變和諧波等對電カ系統(tǒng)和負載都相當不利的因素，這些因素對于ー些精密儀器來說是十分致命的。但一味的注重電能質(zhì)量的提高，卻又無法保證系統(tǒng)應(yīng)有的發(fā)電效率，導(dǎo)致電力供應(yīng)的緊張同時也増加了發(fā)電成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供ー種最大功率跟蹤的風(fēng)カ發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是ー種最大功率跟蹤的風(fēng)カ發(fā)電系統(tǒng)包括發(fā)電模塊、變流模塊、控制模塊和檢測模塊。所述發(fā)電模塊包括風(fēng)カ發(fā)電機組和蓄電池組。所述的風(fēng)カ發(fā)電機組采用直驅(qū)永磁同步發(fā)電機。所述蓄電池組采用鉛酸蓄電池，各蓄電池之間并聯(lián)，蓄電池儲存多余電能，在供電緊缺時補充電能，平衡逆變器與發(fā)電機組的功率差。所述變流模塊包括有源電カ濾波器、整流電路、斬波電路、逆變電路和三相濾波器；整流電路采用帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路，斬波電路采用S印ic斬波電路，逆變電路采用三相橋式SPWM逆變器。風(fēng)カ發(fā)電機組發(fā)出的交流電被有源電カ濾波器濾波后進入雙反星形可控整流電路，經(jīng)過整流電路和SepiC斬波電路之后變?yōu)殡妷汉愣ǖ闹绷麟?，這些電能一部分被本地直流負載直接使用，剩下的進入三相橋式SPWM逆變器，重新變?yōu)槿嘟涣麟?，?jīng)過三相濾波器的濾波之后，供給交流負載使用。所述控制模塊包括ARM處理器、蓄電池控制器、觸發(fā)電路和最大功率跟蹤控制器。所述觸發(fā)電路采用三相橋式全控整流電路雙窄脈沖觸發(fā)電路。ARM處 理器對接收到的數(shù)據(jù)進行運算和處理，產(chǎn)生PWM波對風(fēng)カ發(fā)電機組的最大功率跟蹤控制器、觸發(fā)電路、蓄電池控制器進行驅(qū)動控制。最大功率跟蹤控制器接收ARM處理器發(fā)出的PMW波，經(jīng)可控整流電路將PWM波轉(zhuǎn)換為機械機構(gòu)能夠執(zhí)行的電流信號；蓄電池控制器通過接收ARM處理器發(fā)出的PWM波，經(jīng)過蓄電池控制器產(chǎn)生控制電壓，通過改變蓄電池的開關(guān)線圈中的電流，實現(xiàn)對蓄電池開關(guān)狀態(tài)的控制，實現(xiàn)蓄電池充、放電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換控制。所述檢測模塊包括信號采集電路和AD轉(zhuǎn)換器。所述信號采集電路包括電壓采集電路和電流采集電路。系統(tǒng)的具體連接是風(fēng)カ發(fā)電機組連接有源電カ濾波器的輸入端，有源電カ濾波器的輸出端連接整流電路的輸入端，整流電路的輸出端連接斬波電路輸入端，斬波電路輸出端分別連接蓄電池組的輸入端、本地直流負載輸入端和逆變電路輸入端，逆變電路的輸出端經(jīng)三相濾波器與本地交流負載連接；信號采集電路輸入端分別連連接風(fēng)カ發(fā)電機組的輸出端和三相濾波器的輸出端，信號米集電路的輸出端與AD轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換器的輸出端與ARM處理器的AD轉(zhuǎn)換端ロ相連，蓄電池控制器的輸入端與ARM處理器的IO端ロ相連,蓄電池控制器輸出端連接蓄電池組，蓄電池組通過控制開關(guān)連接至斬波電路的輸出端，最大功率跟蹤控制器的輸入端與ARM處理器的IO端ロ相連，最大功率跟蹤控制器的輸出端與風(fēng)カ發(fā)電機組相連，觸發(fā)電路輸入端與ARM處理器IO端ロ相連，觸發(fā)電路輸出端與逆變電路輸入端相連。本裝置的直驅(qū)永磁同步發(fā)電機在最大功率跟蹤控制器的作用下將風(fēng)輪采集到的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交流的電能，這些電能經(jīng)過有源電カ濾波器濾波后，進入變流模塊，其中一部分被直流負載直接消耗，另一部分進入逆變電路對電能逆變處理成為交流電，再經(jīng)過濾波電路消除其中的高次諧波，供給交流負載使用。最大功率跟蹤控制器輸出的直流電壓加在控制電機兩端，蓄電池控制器輸出的直流電壓控制開關(guān)的狀態(tài)。通過對電壓u(t)信號的多次采樣，通過傅里葉變換的方式得出各次諧波的幅值和相位，將此信號通過引腳反饋到ARM中，作為最大功率跟蹤的依據(jù)。電壓波動與閃變電路是采用小波變換多分析的方法計算出調(diào)幅波的幅值、頻率和相角，進而可以得出電壓的瞬時值，求出電壓的波動。而電壓的瞬時值應(yīng)滿足關(guān)系式
權(quán)利要求
1.一種最大功率跟蹤的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括發(fā)電模塊、變流模塊、控制模塊、檢測模塊、本地直流負載和本地交流負載； 所述發(fā)電模塊包括風(fēng)力發(fā)電機組和蓄電池組； 所述蓄電池組中，各蓄電池之間并聯(lián)，蓄電池控制器通過控制開關(guān)的開合對蓄電池狀態(tài)進行控制； 所述變流模塊包括有源電力濾波器、整流電路、斬波電路、逆變電路和三相濾波器； 所述控制模塊包括ARM處理器、蓄電池控制器、觸發(fā)電路和最大功率跟蹤控制器； 所述檢測模塊包括信號采集電路和AD轉(zhuǎn)換器； 所述信號采集電路包括電壓采集電路和電流采集電路； 系統(tǒng)的具體連接是風(fēng)力發(fā)電機組連接有源電力濾波器的輸入端，有源電力濾波器的輸出端連接整流電路的輸入端，整流電路的輸出端連接斬波電路輸入端，斬波電路輸出端分別連接蓄電池組的輸入端、本地直流負載輸入端和逆變電路輸入端，逆變電路的輸出端經(jīng)三相濾波器與本地交流負載連接； 信號采集電路輸入端分別連連接風(fēng)力發(fā)電機組的輸出端和三相濾波器的輸出端，信號采集電路的輸出端與AD轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換器的輸出端與ARM處理器的AD轉(zhuǎn)換端口相連，蓄電池控制器的輸入端與ARM處理器的IO端口相連，蓄電池控制器輸出端連接蓄電池組，蓄電池組通過控制開關(guān)連接至斬波電路的輸出端，最大功率跟蹤控制器的輸入端與ARM處理器的IO端口相連，最大功率跟蹤控制器的輸出端與風(fēng)力發(fā)電機組相連，觸發(fā)電路輸入端與ARM處理器IO端口相連，觸發(fā)電路輸出端與逆變電路輸入端相連。
2.如權(quán)利要求I所述的最大功率跟蹤的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括如下步驟 步驟I :采集電網(wǎng)中的電壓瞬時值和電流瞬時值，并進行諧波檢測，計算出電壓諧波的總畸變率對電壓采集電路和電流采集電路采集到的采樣序列進行處理，通過傅里葉變換的方式得出此刻各次諧波波形，求出電壓諧波的總畸變率THDJW )
全文摘要
一種最大功率跟蹤的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，系統(tǒng)包括發(fā)電模塊、變流模塊、控制模塊和檢測模塊，發(fā)電模塊包括風(fēng)力發(fā)電機組和蓄電池組，變流模塊包括有源電力濾波器、整流電路、斬波電路、逆變電路和三相濾波器；控制模塊包括ARM處理器、蓄電池控制器、觸發(fā)電路和最大功率跟蹤控制器；檢測模塊包括信號采集電路和AD轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明方法通過測量諧波和電壓的波動，降低電網(wǎng)和負載中的諧波含量、電壓的波動和閃變，減小諧波對電力系統(tǒng)和用電設(shè)備的危害。變流模塊使電能快速進行交直流的轉(zhuǎn)化，滿足本地直流負載需求，保證輸出電能的質(zhì)量。采用在不同條件下三檔最大功率跟蹤使風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)得到最有效利用，增大發(fā)電的效率和獲得電能的電能質(zhì)量。
文檔編號G05F1/67GK102664411SQ20121009278
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者孫秋野, 崔瑾, 張化光, 李昕同, 李玉帥, 梁軍勝, 郭靖, 陳斯, 馬大中 申請人:東北大學(xué)