專利名稱：一種風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器，屬于分布式發(fā)電技術領域。
背景技術：
隨著世界范圍內(nèi)對環(huán)境保護、全球溫室效應的重視，各國都競相發(fā)展包括風能在內(nèi)的可再生能源的利用技術，將風能作為可持續(xù)發(fā)展的能源政策中的一種選擇，不論對并網(wǎng)型的大型風力發(fā)電機和適用于邊遠地區(qū)農(nóng)牧戶的離網(wǎng)型小型風力發(fā)電機都給予了很大的政策支持。
近年來，小型分布式風力發(fā)電獲得了快速的發(fā)展，因為直接將轉化的風能輸入電網(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用所發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。風力并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用市電和可再生能源作為本地交流負載的電源，降低整個系統(tǒng)的負載缺電率。同時，風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調峰作用。由于風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)造價遠低于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，故其實用性大大增強，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是太陽能，風力發(fā)電的發(fā)展方向，代表了 21世紀最具吸引力的能源利用技術。
根據(jù)并網(wǎng)逆變系統(tǒng)有無隔離變壓器及隔離變壓器的安裝位置，并網(wǎng)逆變器可分為以下幾種:
1、工頻變壓器隔離并網(wǎng)系統(tǒng)
工頻隔離型是出現(xiàn)最早的并網(wǎng)逆變器類型，它首先通過DC/AC變換，將風力發(fā)電機整流后的直流電轉化為交流電，然后通過工頻變壓器與電網(wǎng)相連。工頻變壓器的加入使得風機側與電網(wǎng)電氣隔離，保障人身安全。此外，也使直流側可以采用較低的直流電壓，同時能夠抑制輸入到電網(wǎng)中的直流電流。
其缺點是，工頻變壓器增加了系統(tǒng)的體積、重量和成本，降低了系統(tǒng)的效率。
2、高頻變壓器隔離并網(wǎng)系統(tǒng)
高頻變壓器隔離并網(wǎng)逆變器首先通過DC/DC變換器將風力發(fā)電機整流后的直流電升/降壓轉換為滿足并網(wǎng)要求的直流電，然后通過逆變橋轉化為交流電后并入電網(wǎng)。與工頻隔離型相比，同樣實現(xiàn)了風機側與電網(wǎng)的電氣隔離，且可以大幅降低變壓器的體積、重量和成本。
但該系統(tǒng)存在高頻變換環(huán)節(jié)復雜，系統(tǒng)效率低的問題。發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器。為此，本發(fā)明提供了如下的技術方案:
一種風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器，包括三相整流單元、直流輸入開關、直流升壓電路、逆變電路、濾波單元、并網(wǎng)開關、電能雙向計量單元、驅動電路、主控單元和采樣電路；三相整流單元的信號輸出端與直流輸入開關的信號輸入端連接，直流輸入開關的直流信號輸出端與直流升壓電路的直流信號輸入端連接，直流升壓電路的直流信號輸出端與逆變電路的直流信號輸入端連接，逆變電路的信號輸出端與濾波單元的信號輸入端連接，濾波單元的濾波信號輸出端與并網(wǎng)開關的濾波信號輸入端連接，并網(wǎng)開關的信號輸出端與電能雙向計量單元的信號輸入端連接，電能雙向計量單元的計量信號輸入輸出端與主控單元的計量信號輸入輸出端連接，主控單元的驅動信號輸出端與驅動電路的驅動信號輸入端連接，驅動電路的驅動信號輸出端與直流輸入開關、直流升壓電路、逆變電路和并網(wǎng)開關的驅動信號輸入端連接，采樣電路的采樣信號輸出端與主控單元的采樣信號輸入端連接。
現(xiàn)有隔離型并網(wǎng)逆變器中變壓器的磁能轉換會導致能量損失。本發(fā)明屬于非隔離系統(tǒng)，由于不使用笨重的工頻變壓器或復雜的高頻變壓器，所以具有系統(tǒng)結構簡單、重量輕、成本低和效率高的特點。對于非隔離逆變器，采用相應措施和控制方法，同樣可保證電路運行的安全性和抑制并網(wǎng)直流電流的注入。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明的具體實施方式
提供的風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器的結構示意圖2是本發(fā)明的具體實施方式
提供的風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器的主電路拓撲結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
本具體實施方式
提供了一種風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器，如圖1和圖2所示，包括三相整流單元1、直流輸入開關2、直流升壓電路3、逆變電路4、濾波單元5、并網(wǎng)開關6、電能雙向計量單元7、驅動電路8、主控單元10、采樣電路11、人機交互設備12和通訊接口13 ;三相整流單元I的信號輸出端與直流輸入開關2的信號輸入端連接，直流輸入開關2的直流信號輸出端與直流升壓電路3的直流信號輸入端連接，直流升壓電路3的直流信號輸出端與逆變電路4的直流信號輸入端連接，逆變電路4的信號輸出端與濾波單元5的信號輸入端連接，濾波單元5的濾波信號輸出端與并網(wǎng)開關6的濾波信號輸入端連接，并網(wǎng)開關6的信號輸出端與電能雙向計量單元7的信號輸入端連接，電能雙向計量單元7的計量信號輸入輸出端與主控單元10的計量信號輸入輸出端連接，主控單元10的驅動信號輸出端與驅動電路8的驅動信號輸入端連接，驅動電路8的驅動信號輸出端與直流輸入開關2、直流升壓電路3、逆變電路4和并網(wǎng)開關6的驅動信號輸入端連接，采樣電路11的采樣信號輸出端與主控單元10的采樣信號輸入端連接。
現(xiàn)有的永磁風力發(fā)電機將風能轉化為三相電壓、頻率均變化的交流電，通過三相整流單元I將交流電整流為電壓變化的直流電。由于并網(wǎng)逆變器工作時對直流電壓的大小有要求，為提高風機的工作范圍，同時實現(xiàn)風機的最大功率點跟蹤(MPPT)，本具體實施方式
采用直流升壓電路3將整流單元I輸出的可變直流電壓升壓，以滿足并網(wǎng)逆變器的要求。逆變電路4將直流升壓電路3輸出的直流電逆變成頻率、大小固定的交流電，再經(jīng)過濾波單元5濾波得到正弦交流電流，并輸送到電網(wǎng)中去，最終實現(xiàn)風力發(fā)電機的并網(wǎng)發(fā)電?？紤]到用戶負載的消耗，為雙向測量用戶單元輸出(消耗)的電能，增加電能雙向計量單元7，電能雙向計量單元7的一端連接電網(wǎng)，另一端則連接主控單元10，從而通過主控單元10計算出凈發(fā)電量。
具體的，采樣電路11可以包括整流電壓檢測單元、升壓電壓檢測單元、升壓電流檢測、電網(wǎng)電壓檢測和并網(wǎng)電流檢測。采樣電路11采集的檢測信號經(jīng)過主控單元10處理，產(chǎn)生SPWM和PWM驅動信號，經(jīng)過驅動電路8后驅動逆變電路4和直流升壓電路3工作。
優(yōu)選的，主控單元10的信號輸出端與保護電路9的信號輸入端連接，保護電路9的信號輸出端與驅動電路8的驅動信號輸入端連接。在工作異常狀態(tài)下，主控單元10控制保護電路9工作，封鎖驅動電路8，達到保護系統(tǒng)的作用。
優(yōu)選的，主控單元10的信號輸入輸出端與人機交互設備12的信號輸入輸出端連接，人機交互設備12包括逆變器上的按鍵和數(shù)碼管，用于直接操作逆變器時數(shù)據(jù)的輸入輸出。主控單元10通訊信號輸入輸出端與通訊接口 13的通訊信號輸入輸出端連接，通訊接口 13用于和上位控制機及其他逆變器的通訊。
本具體實施方式
提供的風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器的控制方法如下:
步驟一:主控單元10 (可采用STM32F103芯片)通過采樣電路11采樣電網(wǎng)電壓，通過鎖相環(huán)計算，得到電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)相位、電網(wǎng)頻率等信息，判斷電網(wǎng)電壓、頻率是否滿足并網(wǎng)條件；若滿足工作條件，則進入步驟二，否則繼續(xù)等待；
步驟二:發(fā)電機輸出的三相交流電經(jīng)過三相整流單元I整流成直流，直流開關2閉合，將該電壓作用至直流升壓電路3 (可采用BOOST升壓電路)前端；主控單元10產(chǎn)生控制信號，經(jīng)過驅動電路8的放大后驅動直流升壓電路3工作，輸出直流母線電壓土 Vdc，然后進入步驟三；
步驟三:主控單元10采樣直流升壓電路3輸出的直流母線電壓土Vdc是否在正常工作范圍內(nèi)，然后逆變電路4開始工作，在控制器的調節(jié)下，逆變電路4輸出一交流電壓，其幅值、相位、頻率均應與電網(wǎng)一致，之后進入步驟四，否則返回步驟一；
步驟四:并網(wǎng)開關6閉合，主控單元10監(jiān)測直流母線電壓、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率、并網(wǎng)電流在正常范圍內(nèi)，進入步驟五，否則返回步驟一；
步驟五:主控單元10實時采樣直流升壓電路3輸出電壓和電流，轉為最大功率跟蹤控制；逆變電路4開始轉入并網(wǎng)閉環(huán)控制，向電網(wǎng)輸送電流。
本具體實施方式
提供的一種風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器具有以下幾個特點:
1、直流側采用BOOST升壓電路，使得直流輸入電壓范圍較寬，同時實現(xiàn)風機最大功率點跟蹤(MPPT )的功能。
2、電網(wǎng)同步方面，采用基于自適應濾波器的單相鎖相環(huán)，準確獲得電網(wǎng)信息，并監(jiān)測電網(wǎng)異常。
3、逆變電路的控制部分，電流環(huán)采用準比例諧振調節(jié)器，結合單極性倍頻SPWM調制技術，實現(xiàn)并網(wǎng)電流的有功無功控制，并滿足相應的電流諧波標準。
4、用戶負載直接連接于逆變器輸出點，風機發(fā)出的電能優(yōu)先自用，多余電能輸送到電網(wǎng)，在用戶單元的接入點處設置電能計量器，實現(xiàn)凈發(fā)電量的雙向計量。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明實施例揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器，其特征在于，包括三相整流單元(I)、直流輸入開關⑵、直流升壓電路⑶、逆變電路⑷、濾波單元(5)、并網(wǎng)開關(6)、電能雙向計量單元(7)、驅動電路(8)、主控單元(10)和采樣電路(11);三相整流單元(I)的信號輸出端與直流輸入開關(2)的信號輸入端連接，直流輸入開關(2)的直流信號輸出端與直流升壓電路(3)的直流信號輸入端連接，直流升壓電路(3)的直流信號輸出端與逆變電路(4)的直流信號輸入端連接，逆變電路(4)的信號輸出端與濾波單元(5)的信號輸入端連接，濾波單元(5)的濾波信號輸出端與并網(wǎng)開關(6)的濾波信號輸入端連接，并網(wǎng)開關(6)的信號輸出端與電能雙向計量單元(7)的信號輸入端連接，電能雙向計量單元(7)的計量信號輸入輸出端與主控單元(10)的計量信號輸入輸出端連接，主控單元(10)的驅動信號輸出端與驅動電路⑶的驅動信號輸入端連接，驅動電路⑶的驅動信號輸出端與直流輸入開關⑵、直流升壓電路(3)、逆變電路⑷和并網(wǎng)開關(6)的驅動信號輸入端連接，采樣電路(11)的采樣信號輸出端與主控單元(10)的采樣信號輸入端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器，其特征在于，所述控制器還包括保護電路(9)，主控單元(10)的信號輸出端與保護電路(9)的信號輸入端連接，保護電路(9)的信號輸出端與驅動電路(8)的驅動信號輸入端連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器，其特征在于，所述控制器還包括人機交互設備(12)，主控單元(10)的信號輸入輸出端與人機交互設備(12)的信號輸入輸出端連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器，其特征在于，所述控制器還包括通訊接口(13)，主控單元(10)通訊信號輸入輸出端與通訊接口(13)的通訊信號輸入輸出端連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種風力發(fā)電智能單相并網(wǎng)控制器，相應的三相整流單元的信號輸出端與直流輸入開關的信號輸入端連接，直流輸入開關的直流信號輸出端與直流升壓電路的直流信號輸入端連接，直流升壓電路的直流信號輸出端與逆變電路的直流信號輸入端連接，逆變電路的信號輸出端與濾波單元的信號輸入端連接，濾波單元的濾波信號輸出端與并網(wǎng)開關的濾波信號輸入端連接，并網(wǎng)開關的信號輸出端與電能雙向計量單元的信號輸入端連接，電能雙向計量單元的計量信號輸入輸出端與主控單元的計量信號輸入輸出端連接，主控單元的驅動信號輸出端與驅動電路的驅動信號輸入端連接，采樣電路的采樣信號輸出端與主控單元的采樣信號輸入端連接。
文檔編號H02J3/38GK103138291SQ201310071288
公開日2013年6月5日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權日2013年3月6日
發(fā)明者楊勇, 邱凱 申請人:楊勇, 邱凱