专利名称：一种风力发电系统瞬时功率提升充电方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电系统瞬时功率提升充电方法，尤其是涉及一种低风速， 低电压状态下能够给蓄电池充电的一种风力发电系统及瞬时功率提升充电方法，属于电子控制技术领域。
二.
背景技术：
风力发电由于其无污染、资源丰富、成本低等诸多优点，对保护环境，改善能源结构具有重要意义。风力发电技术日渐成熟，市场正逐步扩大，现已被广泛应用到偏远无电地区和并网发电系统中。公知的风力发电控制系统如图1 风力发电机1输出的交流电经整流滤波电路2后变成直流电，采样控制电路5通过采集风力发电机、蓄电池的充放电的电压电流数据，确定是否打开开关电路3对蓄电池4进行充电。在风速高的时候公知的这种控制方法效果还不错，可是在风速相对较低的时候发电机所产生的电压电流都比较低，这样的小电流对电池(特别是胶体蓄电池)充电效率也很低，发电机的电压甚至低于蓄电池的电压，此时发电机所产生的电能并不能被充入蓄电池。由于风力发电机的实际风能利用系数低于0. 593，在低风速的情况下发电机所产生的能量很多时候是被浪费了，所以对发电机输出的能量进行充分利用也至关重要。
三.
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种风力发电系统瞬时功率提升充电方法， 在低风速低电压小电流的情况下能够产生较大瞬时电流对蓄电池充电，瞬时提升系统功率并智能地控制风力发电机叶片的转速，不至于使风力发电机在低风速下不能转动或在高风速下转速过快，对风力发电机本身造成危害。本发明通过以下技术方案实现，其包括风力发电机1，整流滤波电路2，储能器件 3，开关电路4，控制采样电路5，DC/DC变换电路6，蓄电池7。风力发电机T1的输出端子1、 2、3分别连接到由二极管Dl、D2、D3、D4、D5、D6组成的三相整流桥的交流输入a、b、c端， 交流电被整流后经过并联在一起的电容Cl、C2进行滤波变成直流电，电容Cl、C2负极连接到地，正极连接到由二极管Dl、D2、D3、D4、D5、D6组成的三相整流桥的输出端正极，电阻 RU R2串联左一起组成电压采样电路对风力发电机电压进行采样，电阻Rl、R2采样得到的信号输入到处理器ICl的引脚1进行模数转换得到风力发电机的电压值，场效应管Q2、Q3、 变压器T2共同组成DC/DC变换电路，控制器ICl根据采样得到的信号输出相应脉宽的矩形波到驱动器IC2驱动场效应管Q2、Q3对直流电进行变换变成交流电，交流电经过变压器T2 进行升压得到较高的交流电压，然后输出到后面的由二极管D7、D8、D9、D10、电容C3组成的滤波整流电路，其连接方式为变压器T2的d端连接到场效应管Q2的源极，变压器T2的e 端连接到场效应管Q3的源极，变压器T2的h端连接到地，场效应管Q2、Q3的漏极均连接到整流滤波后的电源正极，场效应管Q2、Q3的栅极分别连接到驱动器IC2的引脚2和4，场效应管Ql为一电子开关，由控制器ICl根据风力发电机的电压确定是否开启，其连接方式为场效应管Ql源极连接到蓄电池BTl正极、漏极连接到电容C2的正极，场效应管Ql栅极连接到驱动器IC2引脚6，变压器T2的g、f端分别接到D7、D8、D9、DlO组成的整流桥的交流输入k、ρ端，整流桥整流后经电容C3滤波成直流电充入到蓄电池BT1，其连接方式为二极管D7负极连接二极管D9的正极，二极管D8负极连接二极管DlO的正极，二极管D7、D8的正极连接到电容C3的正极，二极管D9、DlO的负极连接到地，电容C3的正极连接到蓄电池 BTl的正极，C3负极接地，蓄电池BTl负极接地，处理器ICl的2、4、6脚分别连接到驱动器 IC2 的 1、3、5 脚。本发明的工作原理在有风的情况下风力发电机1产生三相交流电，该交流电经过整流滤波电路2后转化为直流电，直流电通过储能器件3将能量存储起来；控制采样电路5采样风力发电机1电压值，根据电压的大小，判断出是否需要关闭开关电路4对储能器件3进行充电或者输出脉宽信号驱动开关电路4实现对蓄电池7的脉冲充电，同时实现对风力发电机1转速的控制。如果风力发电机1输出的电压低功率小，则关闭开关电路4对储能器件3进行充电，当储能器件3存储的能量到一定值时，控制采样电路5启动DC/DC变换电路6瞬间释放出储能器件3内存储的能量给蓄电池7充电。放电完毕后又关闭DC/DC 变换电路6令储能器件3重新充电，如此重复以上步骤。在储能放电的过程中控制采样电路5还不停采集风力发电机1的电压信号，如果在以上过程中风速提高风力发电机1输出的电压升高功率增加，控制采样电路5根据采集到的风力发电机1的电压信号算出充电脉宽，通过计算的到的脉宽不仅可以最大限度给利用风力发电机1的能量还可以很好地控制风力发电机1的转速，使风力发电机1不至于在风力任意变化时转速忽快忽慢，如果风力发电机1输出功率继续升高到足够大能够直接给蓄电池7充电，则控制采样电路5将打开开关电路4直接对蓄电池7进行充电，以减小因DC/DC变换而带来的少量的能量损失，从而最大限度地将风力发电机1输出的电能充入到蓄电池7中，否则重复以上步骤，对蓄电池7进行脉冲式充电，直到风力发电机1输出功率足够大时才打开开关电路4。与公知技术相比的优点和积极效果1、在低风速下能够将风力发电机发出的低电压、小电流的能量，瞬间释放出来，实现瞬时功率提升对蓄电池进行充电，避免了风力发电机在低风速下很难给蓄电池充电的， 即使充进去效率也是很低的问题。2、能够智能地控制风力发电机叶片的转速，不至于使风力发电机在低风速下不能转动或在高风速下转速过快，对风力发电机本身造成危害。
四.
图1为本发明原理框图，图中1为风力发电机，2为整流滤波电路，3为储能器件， 4为开关电路，5为控制采样电路，6为DC/DC变换电路，7为蓄电池；图2为本发明电路连接图；图3为实施例2电路连接图，模块划分与图2中相应编号的模块一一对应。
五.
具体实施例方式实施例1 如图2所示为拥有瞬时功率提升功能的风力发电机控制器的电路连接图。其包括风力发电机1，整流滤波电路2，储能器件3，开关电路4，控制采样电路5，DC/DC 变换电路6，蓄电池7。风力发电机Tl的输出端子1、2、3分别连接到由二极管Dl、D2、D3、D4、D5、D6组成的三相整流桥的交流输入a、b、c端，交流电被整流后经过并联在一起的电容 Cl、C2进行滤波变成直流电，电容Cl、C2负极连接到地，正极连接到由二极管D1、D2、D3、D4、 D5、D6组成的三相整流桥的输出端正极，电阻Rl、R2串联在一起组成电压采样电路对风力发电机电压进行采样，电阻Rl、R2采样得到的信号输入到处理器ICl的引脚1进行模数转换得到风力发电机的电压值，场效应管Q2、Q3、变压器T2共同组成DC/DC变换电路，控制器 ICl根据采样得到的信号输出相应脉宽的矩形波到驱动器IC2驱动场效应管Q2、Q3对直流电进行变换变成交流电，交流电经过变压器T2进行升压得到较高的交流电压，然后输出到后面的由二极管D7、D8、D9、D10、电容C3组成的滤波整流电路，其连接方式为变压器T2的 d端连接到场效应管Q2的源极，变压器T2的e端连接到场效应管Q3的源极，变压器T2的 h端连接到地，场效应管Q2、Q3的漏极均连接到整流滤波后的电源正极，场效应管Q2、Q3的栅极分别连接到驱动器IC2的引脚2和4，场效应管Ql为一电子开关，由控制器ICl根据风力发电机的电压确定是否开启，其连接方式为场效应管Ql源极连接到蓄电池BTl正极、漏极连接到电容C2的正极，场效应管Ql栅极连接到驱动器IC2引脚6，变压器T2的g、f端分别接到D7、D8、D9、D10组成的整流桥的交流输入k、p端，整流桥整流后经电容C3滤波成直流电充入到蓄电池BTl，其连接方式为二极管D7负极连接二极管D9的正极，二极管D8负极连接二极管DlO的正极，二极管D7、D8的正极连接到电容C3的正极，二极管D9、D10的负极连接到地，电容C3的正极连接到蓄电池BTl的正极，C3负极接地，蓄电池BTl负极接地， 处理器ICl的2、4、6脚分别连接到驱动器IC2的1、3、5脚。低风速时，风力发电机输出的交流电经整流滤波后充入到电容中，具体的充电时间的长短与风力发电机输出的能量相关从0. 5s到IOs不等，在这期间控制采样电路以每IOms —次的速率对电容和蓄电池的电压进行采样，处理器根据采样得到的数据计算出蓄电池是否充满，当前风力发电机的输出功率是否足够大，如果蓄电池尚未充满，风力发电机的功率足够大，则控制电路直接打开充电开关电路，否则处理器根据采样得到的数据计算出所需开关电路的脉宽和瞬时逆变的频率 (取IkHz 5kHz)和逆变的时间长度。 实施例2 如图3所示的电路连接图。相对实施例1图2的结构，省去了场效应管 Q2、二极管D7、D8、D9、D10，其他元件的电路连接方式与图2相同。因此电路更简洁，成本有所下降。
权利要求
1.一种风力发电系统瞬时功率提升充电方法，其特征在于包括风力发电机(1)、整流滤波电路O)、储能器件(3)、开关电路G)、控制采样电路(5)、DC/DC变换电路(6)和蓄电池(7)，风力发电机Tl的输出端子1、2、3分别连接到由二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6组成的三相整流桥的交流输入a、b、c端，交流电被整流后经过并联在一起的电容C1、C2进行滤波变成直流电，电容Cl、C2负极连接到地，正极连接到由二极管Dl、D2、D3、D4、D5、D6组成的三相整流桥的输出端正极，电阻Rl、R2串联在一起组成电压采样电路对风力发电机电压进行采样，电阻Rl、R2采样得到的信号输入到处理器ICl的引脚1进行模数转换得到风力发电机的电压值，场效应管Q2、Q3、变压器T2共同组成DC/DC变换电路，控制器ICl根据采样得到的信号输出相应脉宽的矩形波到驱动器IC2驱动场效应管Q2、Q3对直流电进行变换变成交流电，交流电经过变压器T2进行升压得到较高的交流电压，然后输出到后面的由二极管D7、D8、D9、DlO和电容C3组成的滤波整流电路，其连接方式为变压器T2的d端连接到场效应管Q2的源极，变压器T2的e端连接到场效应管Q3的源极，变压器T2的h端连接到地，场效应管Q2、Q3的漏极均连接到整流滤波后的电源正极，场效应管Q2、Q3的栅极分别连接到驱动器IC2的引脚2和4，场效应管Ql为一电子开关，由控制器ICl根据风力发电机的电压确定是否开启，其连接方式为场效应管Ql源极连接到蓄电池BTl正极，漏极连接到电容C2的正极，场效应管Ql栅极连接到驱动器IC2引脚6，变压器T2的g、f端分别接到 D7、D8、D9和DlO组成的整流桥的交流输入k、ρ端，整流桥整流后经电容C3滤波成直流电充入到蓄电池BTl，其连接方式为二极管D7负极连接二极管D9的正极，二极管D8负极连接二极管DlO的正极，二极管D7、D8的正极连接到电容C3的正极，二极管D9、D10的负极连接到地，电容C3的正极连接到蓄电池BTl的正极，C3负极接地，蓄电池BTl负极接地，处理器 ICl的2、4、6脚分别连接到驱动器IC2的1、3、5脚。
2.根据权利要求1所述的风力发电系统及瞬时功率提升充电方法，其特征在于电路中省去了场效应管Q2、二极管D7、D8、D9和D10。
3.根据权利要求1所述的风力发电系统及瞬时功率提升充电方法，其特征在于在有风的情况下风力发电机(1)产生三相交流电，该交流电经过整流滤波电路( 后转化为直流电，直流电通过储能器件C3)将能量存储起来，控制采样电路( 采样风力发电机电压值，根据电压的大小，判断出是否需要关闭开关电路(4)对储能器件(3)进行充电，其特征在于如果风力发电机⑴输出的电压低功率小，则关闭开关电路⑷对储能器件⑶进行充电，当储能器件⑶存储的能量到一定值时，控制采样电路(5)启动DC/DC变换电路(6) 瞬间释放出储能器件(3)内存储的能量给蓄电池(7)充电，放电完毕后又关闭DC/DC变换电路(6)令储能器件C3)重新充电，如此重复以上步骤。
4.根据权利要求1所述的风力发电系统及瞬时功率提升充电方法，其特征在于在储能放电的过程中控制采样电路( 还不停采集风力发电机(1)的电压信号，在以上过程中风速提高风力发电机(1)输出的电压升高功率增加，控制采样电路( 根据采集到的风力发电机(1)的电压信号算出充电脉宽，通过计算的到的脉宽最大限度地利用风力发电机 (1)的能量，又能很好地控制风力发电机(1)的转速，使风力发电机(1)在风力变化的情况下维持一个稳定的转速。
5.根据权利要求1所述的风力发电系统及瞬时功率提升充电方法，其特征在于当风力发电机(1)输出功率继续升高到能够直接给蓄电池(7)充电，则控制采样电路(5)将打开开关电路(4)直接对蓄电池(7)进行充电，以减小因DC/DC变换而带来的少量的能量损失，从而最大限度地将风力发电机(1)输出的电能充入到蓄电池(7)中，否则重复以上步骤，对蓄电池(7)进行脉冲式充电，直到风力发电机⑴输出功率足够大时才打开开关电路 ⑷。
全文摘要
本发明涉及一种风力发电系统瞬时功率提升充电方法，风力发电机产生三相交流电，经过整流滤波电路转化为直流电，在整流电路后增加储能器件及DC/DC变换电路，在低风速下将风力发电机发出的低电压、小电流的能量，瞬间释放出来，实现瞬时功率提升对储能器件进行充电，控制采样电路采样风力发电机电压值，根据电压的大小，判断出是否需要关闭开关电路对储能器件进行充电或者输出脉宽信号驱动开关电路实现对蓄电池的脉冲充电，很好的解决了低风速的情况下发电机所产生的能量被浪费，同时实现了对风力发电机的转速的控制，避免对发动机自身的危害。
文档编号H02J7/14GK102176630SQ20111006508
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者傅定文, 夏义军, 庄勇, 杨建国, 韩莉娅 申请人:云南晶能科技有限公司