一种风力发电系统的制作方法

本实用新型涉及一种风力发电系统。

背景技术：

中国西部地区，尤其是某些偏远地区，还有一些经常居住地随季节变换的游牧区域，电力供应无法得到保障，从而为这些区域的人民带来诸多不便，而这些区域往往风力资源丰富，如何充分利用这些区域的风力资源，是一个重要的课题。

因此，有必要设计一种新的风力发电系统。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种风力发电系统，该风力发电系统结构简单，使用方便。

实用新型的技术解决方案如下：

一种风力发电系统，包括控制器、n个风力发电机、n个整流器和n个DC/DC转换电路；还包括恒流充电电路和锂电池；n为大于2的整数；

n个风力发电机分别通过n个整流器与n个DC/DC转换电路对应相连；n个DC/DC转换电路的输出端均接到直流母线；

恒流充电电路的输入侧接直流母线，恒流充电电路的输出端接锂电池；

所述的整流器为单相桥式整流器。

所述的DC/DC转换电路包括IGBT、电感Li、二极管Di和电容Ci；

IGBT的C极接输入侧的正极，IGBT的E极通过电感Li接地；IGBT的G极接控制器的脉冲输出端；IGBT的E极还与二极管Di的阴极相连，二极管Di的阳极接直流母线；直流母线与地之间接有电容Ci。

直流母线通过第一继电器与负载电路相接，锂电池通过第二继电器与负载电路相接，第一继电器与第二继电器均受控于控制器。控制器通过继电器控制线路的通断的电路为现有成熟技术。

负载电路为照明电路。

恒流充电电路为基于恒压芯片和电压反馈电路的的充电电路；所述的恒压芯片为FP7192器件。

n为3～10之间的整数。

控制器为MCU，为单片机，DSP或PLC。

风力发电机为车载式风力发电机，便于移动。且多个风力发电机设置为不同的朝向，这样各个方向的风力资源都能充分利用到。

风力发电系统还包括用于检测直流母线电压和检测锂电池电压的电压检测电路；

(1)若检测到直流母线电压高于预设的电压值，则通过第一继电器控制直流母线为负载供电，

(2)若检测到直流母线电压低于预设的电压值，则通过第二继电器控制锂电池为负载供电；

(3)若检测到锂电池电压低于预设的电压值，则通过第一继电器和第二继电器断开负载供电。

以上切换为硬件实现，不涉及到方法和程序。

有益效果：

本实用新型的风力发电系统，具有以下特点：

(1)采用多个风力发电机形成集群，能充分利用风力资源产生电能，从而为负载供电以及为锂电池充电，能保障家庭的电力供应或者作为家庭电力供应的有效补充，是一种风力资源利用的解决方案。

(2)采用独特的DC-DC电路，能适用不同的风机转速，能量转换效率高。

(3)采用带反馈的恒流充电电路，成本低，效率高，而且有利于保障锂电池的长期稳定工作。

(4)具有2个继电器作为负载的切换开关，能实现自动控制，且灵活性好。

综上所述，这种移动电源功能丰富，集成度高，使用方便，适合在偏远地区且风力资源丰富的地区推广实施。

附图说明

图1为风力发电系统的总体结构示意图；

图2为DC/DC转换电路的原理图；

图3为恒流充电电路的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：如图1～3，一种风力发电系统，包括控制器、n个风力发电机、n个整流器和n个DC/DC转换电路；还包括恒流充电电路和锂电池；n为大于2的整数；

n个风力发电机分别通过n个整流器与n个DC/DC转换电路对应相连；n个DC/DC转换电路的输出端均接到直流母线；

恒流充电电路的输入侧接直流母线，恒流充电电路的输出端接锂电池；

所述的整流器为单相桥式整流器。

所述的DC/DC转换电路包括IGBT、电感Li、二极管Di和电容Ci；

IGBT的C极接输入侧的正极，IGBT的E极通过电感Li接地；IGBT的G极接控制器的脉冲输出端；IGBT的E极还与二极管Di的阴极相连，二极管Di的阳极接直流母线；直流母线与地之间接有电容Ci。

直流母线通过第一继电器与负载电路相接，锂电池通过第二继电器与负载电路相接，第一继电器与第二继电器均受控于控制器。控制器通过继电器控制线路的通断的电路为现有成熟技术。

负载电路为照明电路。

恒流充电电路为基于恒压芯片和电压反馈电路的的充电电路；所述的恒压芯片为FP7192器件。

n为3～10之间的整数。

如图2，DC-DC转换电路为自适应的电路；

当风力发电机转速比较低时，所发出的电压经不可控整流电路输出电压低于24V，采用升压控制模式，当转速增加，所发出的电压经过不可控整流电路输出电压高于24V，采用降压控制模式。图2电路的基本工作原理：当开关器件Qi导通时，输入电源Udi经Qi向电感Li供电使其存储能量，同时，电容Ci维持输出电压Udoi恒定并向后级电路供电；当开关器件Qi关断时，电感Li中存储的能量向后级电路释放，同时给电容Ci充电，维持输出电压Udoi恒定。各个DC/DC模块的全控型开关器件Qi可以使用图2所示的IGBT，也可以使用POWER MOSFET，控制器对升降压斩波电路进行脉冲宽度调制(PWM调制)，改变开关器件Qi的导通占空α，完成电压转换，使得输入的随着列车速度改变的直流电压转换为稳定的直流电压输出，且输出电压恒定为24V。

恒流充电电路如图3所示，各元件或标号说明：

VIN+ -----输入电源正极。

VIN- -----输入电源负极。

VOUT+ -----输出电源正极。

VOUT- ----输出电源负极。

VREF+ -----参考电源的正极

C1为输入滤波电容。

C2为输出滤波电容。

C3为电流采样反馈滤波。

R1，R2，R5，C3组成电流采样反馈线路。

R3，R4，为电压采样反馈电路。

D1为隔离二级管。

工作原理说明：

采用稳定参考电源作为基准电压，采用R1，R2，R5分压得到与FB相等的电压，从而通过FB去调整DCDC IC的内部PWM而控制输出电流的大小。例如，当输出电流变大，在取样电阻R5上的电压就会升高，由于VRFE+是固定的值，从而是FB电压变大，FB变大，占空比就会减少，从而是输出电流减少，而完成一个完整的反馈，达到稳定电流输出的目的。

恒流计算：

设R5上流过电流产生的电压为VIo,输出电流为Io

参考电压为VREF+＝2.5V，

FB电压为VFB＝0.6V，

R5＝0.1Ω，R1＝40KΩ，R2＝10KΩ

则：

VIo＝Io*R5

VFB＝VIo+((VREF+-VIo)*R2/(R1+R2))

计算得：

Io＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1*R5

如果取K＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1则等式

Io＝K/R5

从计算公式看,Io输出电流与输出电压和输入电压没有任何关系，只与VFB.R1,R2,VREF有关，而这些参数在具体的设计中，它们都是固定的(VFB在稳态时是固定的，对于芯片FP7192恒压芯片，其稳态值为0.6v)，所以K必然为一个固定的值，所以算式：

Io＝K/R5具有极好的线性度，及具有优良的可控性。

把上面的参数赋予上面设定的具体值可得：

Io＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1*R5

＝(0.6*(40+10)-10*2.5)/40*0.1

＝1.25A

恒压芯片，成本约0.8元

从以上的等式中可以看到，此方案引入固定的VREF+，从而使Io变成一个只与R5取样电阻成线性关系的等式，使Io变成恒定，从而达到恒流的目的。

本方案参考电压恒流法的特点如下：

1.使用稳定固定VREF+电压，便于精度的控制和稳定性控制。

2.使用将电流采样变成电阻分压反馈，更简单可靠。

3.适用性广，任何需要恒流的线路都可以使用。

4.成本大幅降低，成本约为使用IC恒流方案做12V/1A输出的1/3。

恒流充电电路是一种全新的恒流实现方案。其核心是通过用恒压芯片实现恒流。而且，输出电流的大小可以灵活设定，灵活性好。比原来的采用恒流芯片应用效果好。