[发明专利]一种风力发电系统中的控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种风力发电系统中的控制装置。

背景技术

风力发电是涉及电机、电力电子、电化学、机械、空气动力学、计算机、自动控制、气象等多种学科的综合课题，大型风力发电机组发出的电能直接并到电网上，向电网馈电；小型风力发电机一般将风力发电机组发出的电能用除能设备储存起来(一般用蓄电池)，需要时再提供给负载(可直流供电，亦可用逆变器变换为交流供给用户)。常见的独立运行小型风力发电系统框图如图1所示，包括风力机11、与风力机11连接的控制器12、与控制器12连接的蓄电池A、通过逆变器14与蓄电池A连接的交流负载15、与蓄电池A连接的直流负载16。

由于风能的随机性和不稳定性以及负载的随时变化使得现有小型风电系统仍然存在不少问题。

1、效率较低，现有系统一般采用发电机输出直接对蓄电池进行充电，并没有对风电转换环节进行控制，使得风能利用系数比较低，一般在0.3左右。据贝茨理论风能利用系数的极限值为0.593，如果控制风力机总是以最佳叶尖速比运行，年发电量可以提20％～30％。

2、蓄电池的工作状态不尽合理，使得其寿命短暂，一般两三年就得更换，增加了整机维护成本，不合理使用主要是充电方式与蓄电池可接受特性相距甚远。电池使用寿命短，则会使得度电成本居高不下，从而使小型风力发电系统难于推广应用。

3、小型风力发电系统中，蓄电池的充电设备均有欠、过压保护装置，如果电压波动不稳，变化幅度较大，势必会造成这些装置频频动作，对这些保护装置的寿命造成直接的影响。

4、没有考虑风能变化、负载变化以及蓄电池状态相互之间的关系；

5、小型风力发电系统由于成本的原因，发电机和蓄电池的保护措施比较简单，这就导致系统的综合可靠性和效率较差，往往达不到设计使用寿命。

发明内容

本发明所解决的技术问题：目前，小型风力发电机都采用蓄电池贮能，电器的用电都由蓄电池提供，蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。由于风能的随机性以及风速变化范围比较大，给蓄电池充电带来困难。

本发明提供如下技术方案：一种风力发电系统中的控制装置，包括电压检测电路、电流检测电路、A/D转换电路、单片机、显示装置、键盘、D/A转换电路、PWM输出电路、驱动电路、主充电电路，所述电压检测电路、电流检测电路连接A/D转换电路，所述单片机连接A/D转换电路，所述显示装置、键盘连接单片机，所述D/A转换电路连接单片机，所述PWM输出电路连接D/A转换电路，所述驱动电路连接PWM输出电路，所述主充电电路连接驱动电路，蓄电池连接主充电电路。所述显示装置和键盘集成在一个控制面板上，所述控制面板包括发光二极管字符显示块、调节PWM输出百分比的按键、蓄电池状态显示灯、蓄电池充电总开关、连接风力发电机的“U”、“V”、“W”接线柱、连接蓄电池的“+”、“－”接线柱。

上述技术方案中，单片机采用AT89C51微处理器作为控制核心，A/D采样电路完成电流和电压的采样，驱动电路驱动主充电电路中的MOS管的通断来调节充电电流，实时打开卸荷电路防止蓄电池过充。上述技术方案中的显示装置和键盘集成在一个控制面板上，方便操作人员监测和控制风力发电系统。

作为本发明的进一步说明，所述发光二极管字符显示块由单片机I/O口扩展芯片通过控制七位LED共阳极动态显示，其中两位显示蓄电池的充电电流，三位显示蓄电池的充电电压，两位显示PWM输出百分比，所述单片机I/O口扩展芯片通过集成驱动芯片连接发光二极管字符显示块。

在数字系统中，经常要用到字符显示器。目前，最常用字符显示器为发光二极管LED字符显示器。LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器件。这种显示块有共阴极和共阳极两种。通常七段LED显示块中有八个发光二极管，故也有人叫做八段显示器。其中七个发光二极管构成七笔字形“8”，一个发光二极管构成小数点。LED显示方式有动态显示和静态显示两种。因为动态显示电路能大大节省硬件开销，又因为要显示的位数比较多，所以本设计采用的是动态显示方式。

作为本发明的进一步说明，所述调节PWM输出百分比的按键包括“UP”键、“DOWN”键、“OK”键，所述“UP”键、“DOWN”键、“OK”键与单片机I/O口扩展芯片的输入/输出口连接。因为按键数量较少，I/O口占用较少，采用独立式按键。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，每个按键占用一根I/O口线。按键输入采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。