[发明专利]宽电压输入范围的小型风力发电控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽电压输入范围的小型风力发电控制器，特别涉及一种利用永磁直驱式小型风力发电机给直流负载供电的控制装置，属于电气技术领域。

背景技术

目前小型永磁直驱风力发电系统应用越来越广泛，如何提高风力发电效率，充分利用有限风能资源是风机控制器首先要解决的问题。

现有的小型风力发电控制器有多种形式，但是其整流部分大多采用三相桥式不控整流电路，其输出直流母线电压约等于风力发电机相电压的倍，即其中X为A、B、C三相。风力发电机输出相电压U_X的大小是与风机转速成线性关系的，风机转速越高，风机的输出相电压U_X越大，其整流后的直流母线电压U_DC也会越大。

为了充分利用风能资源，通常希望风机的起动风速越低越好，而切出风速越高越好。以小型风机为例，起动风速一般为2-3m/s，切出风速为25-35m/s。这样就使得风机的转速范围很宽，换句话说，风机输出的相电压U_X变化很宽。额定输出直流母线电压U_DC为48V的风力发电机，空载时最高输出电压U_DC可以超过300V。为了向负载提供稳定的48V的直流电压，就需要风力发电控制器把0-300V直流电压变换到48V。

小型风力发电控制器一般分成两大类，一类风力发电控制器经过整流之后直接给负载和蓄电池供电，风力发电整流后的直流母线电压被蓄电池钳制住，这时尽管风速增加，风机的转速也不会增加很多，而是被钳制住。当风速过高时，为了防止充电电流过大，需要通过泄放电阻将多余的电流旁路掉。由于泄放电阻电流的加大，使得风机输出的电流增加，风机的转矩加大，从而阻止风机转速的增加。这种控制器在风速较低时，由于输出电压低于蓄电池电压，因此无法向负载供电。当风速较高时，由于蓄电池的钳制作用，使得风机无法采用做大功率点追踪模式，吸收的风能大大降低。因此，此类风力发电控制器尽管成本很低，但是其风能利用率非常低，不太适合风力发电应用。

另外一类风力发电控制器，在进行三相整流之后，增加了升/降压控制器，以便适应风力发电输入电压变化较宽的特点。但是此类风力发电控制器，通常分为两种，第一种将升压变换和降压变换分开，这样成本比较高；第二种是一级的升/降压变换，由于需要兼顾较宽的电压范围，变换器的参数很难折中，因此成本也比较高。

综上所述，目前现有小型风力发电控制器存在很多缺点，一类是风能利用率低，另外一类是结构复杂，成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的问题，提出了一种宽电压输入范围的小型风力发电控制器。主要目的就是通过倍压整流提高输入电压，通过交错并联降压斩波实现降压及最大功率点追踪控制，实现一种高性能、低成本、宽电压输入范围的小型风力发电控制器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明由风力发电机、三相整流桥、限流电感、倍压开关、上电容、下电容、上均压电阻、下均压电阻、上电压传感器、下电压传感器、上斩波开关、下斩波开关、上续流开关、下续流开关、储能电感、输出电压传感器、输出电容、负载、控制板、倍压驱动、上管驱动、下管驱动组成；风力发电机的三相输出与三相整流桥的输入相连接，上电容与下电容串联后与三相整流桥的直流侧并联，三相整流桥的其中一相输入端经过限流电感和倍压开关与上电容和下电容的中点相连，上均压电阻和下均压电阻分别与上电容和下电容并联，同时分别与上电压传感器和下电压传感器并联；上电容与下电容作为带中点的串联电压源与上斩波开关、下斩波开关、上续流开关、下续流开关、储能电感一起组成交错并联的降压斩波器，输出给输出电容和负载，负载含有蓄电池，输出电压传感器与输出电容并联；控制板用于检测上电容、下电容和输出电容的电压，并且通过倍压驱动、上管驱动、下管驱动来控制倍压开关、上斩波开关、下斩波开关、上续流开关、下续流开关的导通与关断。

所述倍压开关为双向可控硅(TRIAC)，上斩波开关、下斩波开关、上续流开关、下续流开关均为功率场效应管(MOSFET)，控制板以数字信号处理器(DSP)为控制核心。

所述倍压驱动由隔离驱动芯片、输入限流电阻、驱动电阻、充电电阻、充电电容组成；隔离驱动芯片的输入端与控制板的倍压控制输出端相连，辅助电源通过输入限流电阻给隔离驱动芯片供电，隔离驱动芯片的输出一端接驱动电阻，一端接倍压开关的门极，充电电阻与充电电容串联与倍压开关并联，充电电阻与充电电容的中点与驱动电阻相连。