[发明专利]一种风力发电机组的电压控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组的电压控制器，致力于为离网型同轴直驱 式垂直轴风力发电机组提供一种结构简单可靠、运行稳定的高效率电压控制 方案，属于电学技术领域。

背景技术

随着传统资源的日益枯竭，世界各能源大国都把目光投向了可再生资源。 其中风能已成为目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式，也 是我国未来数年内最具发展潜力的可再生清洁能源，在我国能源发展战略中 占有重要的地位。风力发动机可分为水平轴风力发动机和垂直抽风力发动机 两大类，而垂直轴风轮又可以分为升力型风轮和阻力型风轮。申请号为 2008100495174的发明专利申请公布说明书中的垂直轴风力发动机的三戟消 涡风轮(申请号为2008200699603的实用新型专利申请公布说明书中的垂直 轴风力发动机的三戟消涡风轮)属于阻力型风轮，弥补了传统的萨布纽斯式 风轮起动力矩大的不足，提高了风能利用的功率系数。该三戟消涡风轮和申 请号为200810049516X的发明专利申请公布说明书中的失速可控式永磁风力 发电机(申请号为2008200699590的实用新型专利申请公布说明书中的失速 可控式永磁风力发电机)共同构成了一种同轴直驱式垂直轴风力发电机组的 主体，三戟消涡风轮具有较高的功率系数，结构简单、运行可靠且安装维护 方便等特点，与三戟消涡风轮同轴的直接驱动失速可控式永磁风力发电装置 能在1.6m/s～30m/s较大风速范围内进行工作并具有失速自控功能，可为电 力市场提供绿色环保且成本低廉的新型能源装置。

同轴直驱式垂直轴风力发电机组能在较大范围内运行工作，随着风速的 变化使得发电机转子转速变化很大，导致发电机输出电压、频率等存在着大 幅度波动。就需要对风力发电机组的输出电压、频率等特性实施必要的调节 控制。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构简单、高效率、可靠性高并能够自动调节 的直驱式同轴小功率风力发电系统的一种风力发电机组的电压控制器。

一种风力发电机组的电压控制器，该电压控制器由整流电路、升压斩波 电路、正激变换电路及PWM脉宽调制电路构成，整流电路的直流输出端连入 升压斩波电路的输入端，升压斩波电路的输出端连入正激变换电路输入端， 正激变换电路输出端接蓄电池，PWM脉宽控制电路的脉宽控制器的反馈信号输 入端与正激变换电路的输出端连接，PWM脉宽控制器的输出端通过脉冲耦合器 与升压斩波电路的换流开关管的控制极连接。

所述的升压斩波电路由储能电感、整流二极管和换流开关管IGBT构成， 储能电感的一端接整流电路输出的正极，换流开关管的漏极接整流二极管的 正极，换流开关管的栅极接PWM脉宽控制电路的输出端，源极接整流电路输 出的负极，一个滤波电容并联在升压斩波电路输出端。

所述的正激变换电路主要由带辅助绕组的变压器构成，变压器的主边绕 组一端通过一个二极管接升压斩波电路输出端的正极，由变压器的辅助绕组 和一个二极管串联构成的支路并联在斩波电路的输出端，变压器次边绕组的 一端接整流二极管的正极，滤波电容并联在变压器次边绕组的另一端和整流 二极管的负极，正激变换电路的输出接蓄电池，电流采样电阻串接在蓄电池 的负极与地之间。

所述的PWM脉宽控制电路主要由SG3525PWM脉宽控制器构成，SG3525PWM 脉宽控制器的反馈端接正激变换电路的电流采样的输出端，SG3525PWM脉宽控 制器的输出端接脉冲耦合器输入线圈的一端，脉冲耦合器的输出线圈的一端 接升压斩波电路中换流开关管的栅极。

本发明的核心技术是采用可控斩波电路来稳定风力发电机输出的波动电 压，电路主要由升压斩波电路、PWM(Pulse-Width Modulation)脉宽控制器、 正激变换电路组成，是一个由PWM脉宽控制器控制占空比的升降压斩波 (Boost-Buck)电路。

在给蓄电池充电的回路中采用一种和升压斩波电路紧密结合的正激变换 电路，同斩波电路共同使用同一个换流器件，采用此类电路的主要目的是将 蓄电池充电电路同蓄电池供电电路隔离并使蓄电池充电电流恒定；在电路中 采用储能元件，同时在变压器上设置辅助绕组，其目的是对变压器进行磁复 位，将变压器中储存的能量回送到储能元件以提高效率。