專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)瞬時(shí)功率提升充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)瞬時(shí)功率提升充電方法，尤其是涉及一種低風(fēng)速， 低電壓狀態(tài)下能夠給蓄電池充電的一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及瞬時(shí)功率提升充電方法，屬于電子控制技術(shù)領(lǐng)域。
二.
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電由于其無污染、資源豐富、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)保護(hù)環(huán)境，改善能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日漸成熟，市場(chǎng)正逐步擴(kuò)大，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到偏遠(yuǎn)無電地區(qū)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中。公知的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)如圖1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)1輸出的交流電經(jīng)整流濾波電路2后變成直流電，采樣控制電路5通過采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池的充放電的電壓電流數(shù)據(jù)，確定是否打開開關(guān)電路3對(duì)蓄電池4進(jìn)行充電。在風(fēng)速高的時(shí)候公知的這種控制方法效果還不錯(cuò)，可是在風(fēng)速相對(duì)較低的時(shí)候發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電壓電流都比較低，這樣的小電流對(duì)電池(特別是膠體蓄電池)充電效率也很低，發(fā)電機(jī)的電壓甚至低于蓄電池的電壓，此時(shí)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能并不能被充入蓄電池。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)低于0. 593，在低風(fēng)速的情況下發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的能量很多時(shí)候是被浪費(fèi)了，所以對(duì)發(fā)電機(jī)輸出的能量進(jìn)行充分利用也至關(guān)重要。
三.

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)瞬時(shí)功率提升充電方法， 在低風(fēng)速低電壓小電流的情況下能夠產(chǎn)生較大瞬時(shí)電流對(duì)蓄電池充電，瞬時(shí)提升系統(tǒng)功率并智能地控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的轉(zhuǎn)速，不至于使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速下不能轉(zhuǎn)動(dòng)或在高風(fēng)速下轉(zhuǎn)速過快，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身造成危害。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，其包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)1，整流濾波電路2，儲(chǔ)能器件 3，開關(guān)電路4，控制采樣電路5，DC/DC變換電路6，蓄電池7。風(fēng)力發(fā)電機(jī)T1的輸出端子1、 2、3分別連接到由二極管Dl、D2、D3、D4、D5、D6組成的三相整流橋的交流輸入a、b、c端， 交流電被整流后經(jīng)過并聯(lián)在一起的電容Cl、C2進(jìn)行濾波變成直流電，電容Cl、C2負(fù)極連接到地，正極連接到由二極管Dl、D2、D3、D4、D5、D6組成的三相整流橋的輸出端正極，電阻 RU R2串聯(lián)左一起組成電壓采樣電路對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行采樣，電阻Rl、R2采樣得到的信號(hào)輸入到處理器ICl的引腳1進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓值，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3、 變壓器T2共同組成DC/DC變換電路，控制器ICl根據(jù)采樣得到的信號(hào)輸出相應(yīng)脈寬的矩形波到驅(qū)動(dòng)器IC2驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3對(duì)直流電進(jìn)行變換變成交流電，交流電經(jīng)過變壓器T2 進(jìn)行升壓得到較高的交流電壓，然后輸出到后面的由二極管D7、D8、D9、D10、電容C3組成的濾波整流電路，其連接方式為變壓器T2的d端連接到場(chǎng)效應(yīng)管Q2的源極，變壓器T2的e 端連接到場(chǎng)效應(yīng)管Q3的源極，變壓器T2的h端連接到地，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3的漏極均連接到整流濾波后的電源正極，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3的柵極分別連接到驅(qū)動(dòng)器IC2的引腳2和4，場(chǎng)效應(yīng)管Ql為一電子開關(guān)，由控制器ICl根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓確定是否開啟，其連接方式為場(chǎng)效應(yīng)管Ql源極連接到蓄電池BTl正極、漏極連接到電容C2的正極，場(chǎng)效應(yīng)管Ql柵極連接到驅(qū)動(dòng)器IC2引腳6，變壓器T2的g、f端分別接到D7、D8、D9、DlO組成的整流橋的交流輸入k、ρ端，整流橋整流后經(jīng)電容C3濾波成直流電充入到蓄電池BT1，其連接方式為二極管D7負(fù)極連接二極管D9的正極，二極管D8負(fù)極連接二極管DlO的正極，二極管D7、D8的正極連接到電容C3的正極，二極管D9、DlO的負(fù)極連接到地，電容C3的正極連接到蓄電池 BTl的正極，C3負(fù)極接地，蓄電池BTl負(fù)極接地，處理器ICl的2、4、6腳分別連接到驅(qū)動(dòng)器 IC2 的 1、3、5 腳。本發(fā)明的工作原理在有風(fēng)的情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)1產(chǎn)生三相交流電，該交流電經(jīng)過整流濾波電路2后轉(zhuǎn)化為直流電，直流電通過儲(chǔ)能器件3將能量存儲(chǔ)起來；控制采樣電路5采樣風(fēng)力發(fā)電機(jī)1電壓值，根據(jù)電壓的大小，判斷出是否需要關(guān)閉開關(guān)電路4對(duì)儲(chǔ)能器件3進(jìn)行充電或者輸出脈寬信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路4實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池7的脈沖充電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)1轉(zhuǎn)速的控制。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)1輸出的電壓低功率小，則關(guān)閉開關(guān)電路4對(duì)儲(chǔ)能器件3進(jìn)行充電，當(dāng)儲(chǔ)能器件3存儲(chǔ)的能量到一定值時(shí)，控制采樣電路5啟動(dòng)DC/DC變換電路6瞬間釋放出儲(chǔ)能器件3內(nèi)存儲(chǔ)的能量給蓄電池7充電。放電完畢后又關(guān)閉DC/DC 變換電路6令儲(chǔ)能器件3重新充電，如此重復(fù)以上步驟。在儲(chǔ)能放電的過程中控制采樣電路5還不停采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的電壓信號(hào)，如果在以上過程中風(fēng)速提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)1輸出的電壓升高功率增加，控制采樣電路5根據(jù)采集到的風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的電壓信號(hào)算出充電脈寬，通過計(jì)算的到的脈寬不僅可以最大限度給利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的能量還可以很好地控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)1不至于在風(fēng)力任意變化時(shí)轉(zhuǎn)速忽快忽慢，如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)1輸出功率繼續(xù)升高到足夠大能夠直接給蓄電池7充電，則控制采樣電路5將打開開關(guān)電路4直接對(duì)蓄電池7進(jìn)行充電，以減小因DC/DC變換而帶來的少量的能量損失，從而最大限度地將風(fēng)力發(fā)電機(jī)1輸出的電能充入到蓄電池7中，否則重復(fù)以上步驟，對(duì)蓄電池7進(jìn)行脈沖式充電，直到風(fēng)力發(fā)電機(jī)1輸出功率足夠大時(shí)才打開開關(guān)電路4。與公知技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、在低風(fēng)速下能夠?qū)L(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的低電壓、小電流的能量，瞬間釋放出來，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)功率提升對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，避免了風(fēng)力發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速下很難給蓄電池充電的， 即使充進(jìn)去效率也是很低的問題。2、能夠智能地控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的轉(zhuǎn)速，不至于使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速下不能轉(zhuǎn)動(dòng)或在高風(fēng)速下轉(zhuǎn)速過快，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身造成危害。
四.


圖1為本發(fā)明原理框圖，圖中1為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，2為整流濾波電路，3為儲(chǔ)能器件， 4為開關(guān)電路，5為控制采樣電路，6為DC/DC變換電路，7為蓄電池；圖2為本發(fā)明電路連接圖；圖3為實(shí)施例2電路連接圖，模塊劃分與圖2中相應(yīng)編號(hào)的模塊一一對(duì)應(yīng)。
五.
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 如圖2所示為擁有瞬時(shí)功率提升功能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器的電路連接圖。其包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)1，整流濾波電路2，儲(chǔ)能器件3，開關(guān)電路4，控制采樣電路5，DC/DC 變換電路6，蓄電池7。風(fēng)力發(fā)電機(jī)Tl的輸出端子1、2、3分別連接到由二極管Dl、D2、D3、D4、D5、D6組成的三相整流橋的交流輸入a、b、c端，交流電被整流后經(jīng)過并聯(lián)在一起的電容 Cl、C2進(jìn)行濾波變成直流電，電容Cl、C2負(fù)極連接到地，正極連接到由二極管D1、D2、D3、D4、 D5、D6組成的三相整流橋的輸出端正極，電阻Rl、R2串聯(lián)在一起組成電壓采樣電路對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行采樣，電阻Rl、R2采樣得到的信號(hào)輸入到處理器ICl的引腳1進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓值，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3、變壓器T2共同組成DC/DC變換電路，控制器 ICl根據(jù)采樣得到的信號(hào)輸出相應(yīng)脈寬的矩形波到驅(qū)動(dòng)器IC2驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3對(duì)直流電進(jìn)行變換變成交流電，交流電經(jīng)過變壓器T2進(jìn)行升壓得到較高的交流電壓，然后輸出到后面的由二極管D7、D8、D9、D10、電容C3組成的濾波整流電路，其連接方式為變壓器T2的 d端連接到場(chǎng)效應(yīng)管Q2的源極，變壓器T2的e端連接到場(chǎng)效應(yīng)管Q3的源極，變壓器T2的 h端連接到地，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3的漏極均連接到整流濾波后的電源正極，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3的柵極分別連接到驅(qū)動(dòng)器IC2的引腳2和4，場(chǎng)效應(yīng)管Ql為一電子開關(guān)，由控制器ICl根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓確定是否開啟，其連接方式為場(chǎng)效應(yīng)管Ql源極連接到蓄電池BTl正極、漏極連接到電容C2的正極，場(chǎng)效應(yīng)管Ql柵極連接到驅(qū)動(dòng)器IC2引腳6，變壓器T2的g、f端分別接到D7、D8、D9、D10組成的整流橋的交流輸入k、p端，整流橋整流后經(jīng)電容C3濾波成直流電充入到蓄電池BTl，其連接方式為二極管D7負(fù)極連接二極管D9的正極，二極管D8負(fù)極連接二極管DlO的正極，二極管D7、D8的正極連接到電容C3的正極，二極管D9、D10的負(fù)極連接到地，電容C3的正極連接到蓄電池BTl的正極，C3負(fù)極接地，蓄電池BTl負(fù)極接地， 處理器ICl的2、4、6腳分別連接到驅(qū)動(dòng)器IC2的1、3、5腳。低風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)整流濾波后充入到電容中，具體的充電時(shí)間的長(zhǎng)短與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的能量相關(guān)從0. 5s到IOs不等，在這期間控制采樣電路以每IOms —次的速率對(duì)電容和蓄電池的電壓進(jìn)行采樣，處理器根據(jù)采樣得到的數(shù)據(jù)計(jì)算出蓄電池是否充滿，當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率是否足夠大，如果蓄電池尚未充滿，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率足夠大，則控制電路直接打開充電開關(guān)電路，否則處理器根據(jù)采樣得到的數(shù)據(jù)計(jì)算出所需開關(guān)電路的脈寬和瞬時(shí)逆變的頻率 (取IkHz 5kHz)和逆變的時(shí)間長(zhǎng)度。 實(shí)施例2 如圖3所示的電路連接圖。相對(duì)實(shí)施例1圖2的結(jié)構(gòu)，省去了場(chǎng)效應(yīng)管 Q2、二極管D7、D8、D9、D10，其他元件的電路連接方式與圖2相同。因此電路更簡(jiǎn)潔，成本有所下降。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)瞬時(shí)功率提升充電方法，其特征在于包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)、整流濾波電路O)、儲(chǔ)能器件(3)、開關(guān)電路G)、控制采樣電路(5)、DC/DC變換電路(6)和蓄電池(7)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)Tl的輸出端子1、2、3分別連接到由二極管D1、D2、D3、D4、D5和D6組成的三相整流橋的交流輸入a、b、c端，交流電被整流后經(jīng)過并聯(lián)在一起的電容C1、C2進(jìn)行濾波變成直流電，電容Cl、C2負(fù)極連接到地，正極連接到由二極管Dl、D2、D3、D4、D5、D6組成的三相整流橋的輸出端正極，電阻Rl、R2串聯(lián)在一起組成電壓采樣電路對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行采樣，電阻Rl、R2采樣得到的信號(hào)輸入到處理器ICl的引腳1進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓值，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3、變壓器T2共同組成DC/DC變換電路，控制器ICl根據(jù)采樣得到的信號(hào)輸出相應(yīng)脈寬的矩形波到驅(qū)動(dòng)器IC2驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3對(duì)直流電進(jìn)行變換變成交流電，交流電經(jīng)過變壓器T2進(jìn)行升壓得到較高的交流電壓，然后輸出到后面的由二極管D7、D8、D9、DlO和電容C3組成的濾波整流電路，其連接方式為變壓器T2的d端連接到場(chǎng)效應(yīng)管Q2的源極，變壓器T2的e端連接到場(chǎng)效應(yīng)管Q3的源極，變壓器T2的h端連接到地，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3的漏極均連接到整流濾波后的電源正極，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3的柵極分別連接到驅(qū)動(dòng)器IC2的引腳2和4，場(chǎng)效應(yīng)管Ql為一電子開關(guān)，由控制器ICl根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓確定是否開啟，其連接方式為場(chǎng)效應(yīng)管Ql源極連接到蓄電池BTl正極，漏極連接到電容C2的正極，場(chǎng)效應(yīng)管Ql柵極連接到驅(qū)動(dòng)器IC2引腳6，變壓器T2的g、f端分別接到 D7、D8、D9和DlO組成的整流橋的交流輸入k、ρ端，整流橋整流后經(jīng)電容C3濾波成直流電充入到蓄電池BTl，其連接方式為二極管D7負(fù)極連接二極管D9的正極，二極管D8負(fù)極連接二極管DlO的正極，二極管D7、D8的正極連接到電容C3的正極，二極管D9、D10的負(fù)極連接到地，電容C3的正極連接到蓄電池BTl的正極，C3負(fù)極接地，蓄電池BTl負(fù)極接地，處理器 ICl的2、4、6腳分別連接到驅(qū)動(dòng)器IC2的1、3、5腳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及瞬時(shí)功率提升充電方法，其特征在于電路中省去了場(chǎng)效應(yīng)管Q2、二極管D7、D8、D9和D10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及瞬時(shí)功率提升充電方法，其特征在于在有風(fēng)的情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)產(chǎn)生三相交流電，該交流電經(jīng)過整流濾波電路( 后轉(zhuǎn)化為直流電，直流電通過儲(chǔ)能器件C3)將能量存儲(chǔ)起來，控制采樣電路( 采樣風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓值，根據(jù)電壓的大小，判斷出是否需要關(guān)閉開關(guān)電路(4)對(duì)儲(chǔ)能器件(3)進(jìn)行充電，其特征在于如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)⑴輸出的電壓低功率小，則關(guān)閉開關(guān)電路⑷對(duì)儲(chǔ)能器件⑶進(jìn)行充電，當(dāng)儲(chǔ)能器件⑶存儲(chǔ)的能量到一定值時(shí)，控制采樣電路(5)啟動(dòng)DC/DC變換電路(6) 瞬間釋放出儲(chǔ)能器件(3)內(nèi)存儲(chǔ)的能量給蓄電池(7)充電，放電完畢后又關(guān)閉DC/DC變換電路(6)令儲(chǔ)能器件C3)重新充電，如此重復(fù)以上步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及瞬時(shí)功率提升充電方法，其特征在于在儲(chǔ)能放電的過程中控制采樣電路( 還不停采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)的電壓信號(hào)，在以上過程中風(fēng)速提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)輸出的電壓升高功率增加，控制采樣電路( 根據(jù)采集到的風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)的電壓信號(hào)算出充電脈寬，通過計(jì)算的到的脈寬最大限度地利用風(fēng)力發(fā)電機(jī) (1)的能量，又能很好地控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)在風(fēng)力變化的情況下維持一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及瞬時(shí)功率提升充電方法，其特征在于當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)輸出功率繼續(xù)升高到能夠直接給蓄電池(7)充電，則控制采樣電路(5)將打開開關(guān)電路(4)直接對(duì)蓄電池(7)進(jìn)行充電，以減小因DC/DC變換而帶來的少量的能量損失，從而最大限度地將風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)輸出的電能充入到蓄電池(7)中，否則重復(fù)以上步驟，對(duì)蓄電池(7)進(jìn)行脈沖式充電，直到風(fēng)力發(fā)電機(jī)⑴輸出功率足夠大時(shí)才打開開關(guān)電路 ⑷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)瞬時(shí)功率提升充電方法，風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生三相交流電，經(jīng)過整流濾波電路轉(zhuǎn)化為直流電，在整流電路后增加儲(chǔ)能器件及DC/DC變換電路，在低風(fēng)速下將風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的低電壓、小電流的能量，瞬間釋放出來，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)功率提升對(duì)儲(chǔ)能器件進(jìn)行充電，控制采樣電路采樣風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓值，根據(jù)電壓的大小，判斷出是否需要關(guān)閉開關(guān)電路對(duì)儲(chǔ)能器件進(jìn)行充電或者輸出脈寬信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的脈沖充電，很好的解決了低風(fēng)速的情況下發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的能量被浪費(fèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制，避免對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)自身的危害。
文檔編號(hào)H02J7/14GK102176630SQ20111006508
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者傅定文, 夏義軍, 莊勇, 楊建國(guó), 韓莉婭 申請(qǐng)人:云南晶能科技有限公司