[实用新型]离网型风力发电系统的最大功率跟踪装置

说明书

技术领域

本实用新型属于离网型风力发电系统控制技术，具体涉及一种离网型风力发电系统的最大功率跟踪装置。

背景技术

离网型风力发电系统是一种可以单独运行的风力发电系统，相对于并网型风力发电系统，具有配置灵活、控制简单等特点。在电网无法到达的边远地区，离网型风力发电系统得到广泛使用，可有效解决边远地区、海岛哨所、通信基站的用电问题。

离网型风力发电系统由风力机、发电机、控制器及负载组成。其中风力机的主要作用是捕获风能。风力机由风带动旋转，将风能转换成机械能并带动与之相连接的发电机旋转。发电机由风力机带动旋转，将风力机产生的机械能转换成电能。风力机与发电机的组合完成风能向电能的转换。离网型风力发电系统的控制器一般由不可控整流电路、升压电路、蓄电池充放电电路、逆变电路、电量检测电路、驱动电路及控制电路组成。控制器的作用是控制风力发电系统进行最大功率跟踪、蓄电池充放电管理、逆变控制及系统保护等等。

由于离网型风力发电系统在运行过程中存在发电效率低下的问题，因此设计性能良好的最大功率跟踪方法是成为提高离网型风力发电系统的发电效率的关键。

利用空气动力学理论分析风力机的运行过程，可以得知风力机的运行特性。其中，风力机的输出功率                                                可表示为：

                                                     （1）

上式中，表示空气密度；表示风能利用系数；表示叶尖速比；表示风力机风轮半径；表示风力机转速。其中，叶尖速比与风力机转速及风速相关。根据式（1）可得到在不同风速下，风力机的运行特性曲线如图2所示。从图2可以看出，风力机在每个风速下都存在一个最佳转速。在这个最佳转速之下，风力机能发出最大功率。这个工作点称为风力机的最佳工作点。

在风速固定的情况，如果风力机的工作点处于最大工作点的左端，只要增加风力机的转速，就可以使风力机的输出功率增加；如果风力机的工作点处于最大功率工作点的右端，只要降低风力机的转速，就可以使风力机的输出功率增加。因此，只要知道风力机当前工作点所处的位置，就可以对风力机转速做出相应的增减，实现最大功率跟踪。

目前常见的最大功率跟踪方法有爬山法。

爬山法的基本思想是根据风力机在运行特性曲线上的工作点位置，确定风力机转速的变化方向，逐步改变风力机转速，使风力机最终工作在最佳工作点。

爬山法与风力机的特性无关，适应性较好，控制精度较高，但是爬山法的实质是根据功率的变化及转速的变化，按照一定的步长改变风力机的转速，其跟踪时间长、动态响应差。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种离网型风力发电系统的最大功率跟踪装置，解决了一般的爬山法在面对外界风速快速变化时出现的跟踪时间长、动态响应差的缺点，从而加快最大功率跟踪的时间，改善一般爬山法的动态响应。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

 离网型风力发电系统的最大功率跟踪装置，包括发电机、整流电路模块和升压电路模块，整流电路模块的输入端与发电机的三相输出端连接，整流电路模块的输出端与升压电路模块的输入端连接，升压电路模块的输出端与负载连接，所述整流电路模块的输出端连接有输入电流采样电路模块和输入电压采样电路模块，所述发电机的三相输出端连接有发电机转速测量电路模块，所述发电机转速测量电路模块、输入电压采样电路模块和输入电流采样电路模块的输出端与DSP控制电路模块连接，所述DSP控制电路模块根据改进型最大功率跟踪方法实时计算出升压电路模块的占空比，并转换为升压电路模块功率开关器件的导通时间，生成PWM控制信号，通过高速I/O口将PWM控制信号输出至驱动电路模块，所述驱动电路模块控制升压电路模块的功率开关器件的通断。

所述DSP控制电路模块采用DSP-TMS320LF2407A型控制器。

所述发电机转速测量电路模块、输入电压采样电路模块和输入电流采样电路模块分别将发电机的转速、升压电路模块的输入电压和输入电流转换为弱电信号并经电平抬高之后送入DSP控制电路模块。

所述驱动电路模块，用以接收来自DSP控制电路模块的控制信号，控制信号经放大之后去控制升压电路模块的功率开关器件的通断。