[发明专利]一种用于小型风力发电机的转速控制方法及装置

权利要求书

1.一种用于小型风力发电机的转速控制装置，包括永磁风力发电机、整流升压模块、泄荷控制模块、负载用电模块、风机控制模块，永磁风力发电机连接整流升压模块，整流升压模块连接泄荷控制模块，泄荷控制模块连接负载用电模块，整流升压模块、泄荷控制模块和负载用电模块连接风机控制模块；其中，所述的整流升压模块包括三个上桥臂的二极管(D2、D3、D4)、三个下桥臂的二极管(D6、D7、D8)和三个开关管(Z1、Z2、Z3)，所述的三个下桥臂的二极管(D6、D7、D8)分别和所述的三个开关管(Z1、Z2、Z3)并联。

2.如权利要求1所述的用于小型风力发电机的转速控制装置，其特征在于，所述的泄荷控制模块包括一个母线电容(C1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、一个二极管(D5)和一个开关管(Z4)；所述的负载用电模块包括一个二极管(D1)、第三电阻(R3)以及电池或并网逆变器，负载用电模块的二极管(D1)的负极与电池或并网逆变器连接，第三电阻(R3)的一端与电池或并网逆变器连接，第三电阻(R3)的另一端接地，泄荷控制模块的二极管(D5)和第一电阻(R1)并联，泄荷控制模块的母线电容(C1)的一端和整流升压模块的三个上桥臂的二极管(D2、D3、D4)的负极、泄荷控制模块的二极管(D5)的负极以及负载用电模块的二极管(D1)的正极连接，泄荷控制模块的母线电容(C1)的另一端接地；泄荷控制模块的二极管(D5)的正极连接泄荷控制模块的开关管(Z4)的集电极，泄荷控制模块的开关管(Z4)的发射极连接第二电阻(R2)的一端，第二电阻(R2)的另一端接地，泄荷控制模块的开关管(Z4)的基极连接风机控制模块；永磁风力发电机(T1)的三个绕组等效电感(L1、L2、L3)分别连接整流升压模块的三个上桥臂的二极管(D2、D3、D4)的正极、整流升压模块的三个下桥臂的二极管(D6、D7、D8)的负极和三个开关管(Z1、Z2、Z3)的集电极，三个开关管(Z1、Z2、Z3)的基极连接风机控制模块，三个开关管(Z1、Z2、Z3)的发射极和三个下桥臂的二极管(D6、D7、D8)的正极接地。

3.如权利要求1所述的用于小型风力发电机的转速控制装置，其特征在于，所述的整流升压模块的三个开关管(Z1、Z2、Z3)、永磁风力发电机(T1)的三个绕组等效电感(L1、L2、L3)、整流升压模块的三个上桥臂的二极管(D2、D3、D4)以及母线电容C1构成三个并联的Boost升压回路。

4.一种用于小型风力发电机的转速控制方法，其特征在于，采用权利要求1-3中任一项所述的用于小型风力发电机的转速控制装置，具体步骤包括：

步骤1：测定当前直流母线电压Vdc，将转速设定值R’、目标转矩T0和风机曲线等效工作点电压Udc(RxPx)初始化，其中，Udc(RxPx)＝Vdc；

步骤2：设定目标转速R0＝R’；

步骤3：测量当前小型风力发电机的转速Rx，若Rx＞R0，按预设的步长减小风机曲线等效工作点电压Udc(RxPx)，否则，按预设的步长增大风机曲线等效工作点电压Udc(RxPx)，经过时间t₀后，进入步骤4；

步骤4：按下式计算转速Rx下的最大功率点对应的等效直流电压UdcRxPmax：

UdcRxPmax＝k*Rx；

其中：UdcRxPmax为转速Rx下的最大功率点对应的等效直流电压，单位为V，K为系数，单位为V/RPM；

若Udc(RxPx)小于UdcRxPmax，将Udc(RxPx)调整为与UdcRxPmax相等后进入步骤5，否则，直接进入步骤5；

步骤5：测定当前直流母线电压Vdc；

步骤6：计算升压占空比m，m＝1-(Udc(RxPx)/Vdc)；

步骤7：若m小于0，则将m调整为0，此时，Udc(RxPx)＝Vdc，进入步骤8，否则直接进入步骤8；

步骤8：风机控制模块输出硬件升压驱动信号给整流升压模块；

步骤9：计算当前风机输出功率Po：

Po＝Vdc*Iout；其中Po为输出功率，单位为W；Vdc为直流母线电压，单位为V；Iout为输出电流，单位为A，Iout＝Vdc/RL，RL为电池或并网逆变器的等效电阻；

步骤10：计算当前风机转矩T1：

T1＝9.549*Po/Rx，其中T1为当前风机转矩，单位NM；

步骤11：计算目标转速变化速率dR，若T1＞T0，目标转速变化速率dR＝dR1，dR1为预设值；否则，目标转速变化速率dR＝dR2，dR2为预设值；

步骤12：计算新的转速设定值R’＝R0+dR*t，t为控制计算间隔，返回步骤2。