[发明专利]一种风力发电机风功率曲线补偿控制装置及方法

权利要求书

1.一种风力发电机风功率曲线补偿控制装置，其特征在于，包括：可调谐振网络、风速传感器、霍尔传感器、微控制器、AC-DC电路、开关切换电路和负载；

所述风速传感器与微控制器相连，采集风速信号并将风速信号传送给微控制器；

所述霍尔传感器与微控制器相连，采集发电机转速信号并将转速信号传送给微控制器；

所述AC-DC电路的输入端和可调谐振网络相连或风力发电机输出相连，AC-DC电路的输出端与负载连接；

所述可调谐振网络的输入端与开关切换电路的亚匹配状态线路连接，输出端连接负载；

所述微控制器选用STC单片机，由STC单片机及其最小系统构建主控电路；

所述微控制器存储预先制定的不同型号风力发电机转速和风速匹配网络表和不同风速和转速下相对应的品质因数调节表；

不同型号风力发电机转速和风速匹配网络表中设置风速和不同型号发电机转速处于匹配、亚匹配、或是超匹配状态，匹配状态指当前风速下发电机转速稳定，亚匹配状态指风力发电机稳定运行时风速降低，超匹配状态指风力发电机稳定运行时风速升高；

不同风速和转速下相对应的品质因数调节表根据不同风力发电机风能利用系数Cp曲线制定；

所述微控制器通过风速传感器、霍尔传感器实时获取瞬时风速值和发电机瞬时转速，在风速降低的过程中，微控制器实时控制可调谐振网络谐振频率和转速相等，同时控制品质因数的调节实现对风力发电机风功率曲线的补偿控制，使得发电机转速实时和瞬时风速下的风能利用系数Cp曲线的最大发电功率对应转速相匹配，以达到最大风力发电效率。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机风功率曲线补偿控制装置，其特征在于，所述微控制器置于风力发电机塔架内；

所述可调谐振网络、AC-DC电路、开关切换电路安装于发电机基座内；

所述霍尔传感器安装在发电机转轴外侧；

所述风速传感器安装在风力发电机支架上。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机风功率曲线补偿控制装置，其特征在于，所述可调谐振网络包括一个连续可调的谐振电感和若干个谐振电容，谐振电感和谐振电容串并联组成谐振网络，所述谐振电感的电感量连续可调，所述谐振电容选用无极性电容。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电机风功率曲线补偿控制装置，其特征在于，所述负载为用电器。

5.根据权利要求4所述的一种风力发电机风功率曲线补偿控制装置，其特征在于，所述风速传感器选用三杯式风速传感器，风速传感器通过串口与微控制器通信，风速传感器连接STC单片机的串口通信I/0口。

6.根据权利要求4所述的一种风力发电机风功率曲线补偿控制装置，其特征在于，所述霍尔传感器为开关型霍尔传感器，霍尔传感器的输出连接STC单片机的中断引脚，通过中断的方式处理霍尔传感器的信号。

7.根据权利要求1所述的一种风力发电机风功率曲线补偿控制装置，其特征在于，所述开关切换电路与微控制器连接，微控制器控制开关切换电路使系统切换到亚匹配状态、匹配状态和超匹配状态线路，亚匹配状态时开关切换使风力发电机输出连接可调谐振网络，匹配状态和超匹配状态开关切换使风力发电机输出连接AC-DC电路。

8.一种风力发电机风功率曲线补偿控制方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的风力发电机风功率曲线补偿控制装置，所述方法包括以下步骤：

步骤一：启动风力发电机风功率曲线补偿控制装置并启动风力发电机；

步骤二：微控制器判断发电机型号，实时读取并比较风速传感器测量的风速值和霍尔传感器测量的转速值，进而判断瞬时风速和发电机转速处于匹配、亚匹配、或是超匹配状态，若是匹配状态则进入步骤三，若是亚匹配状态则进入步骤四，若是超匹配状态则进入步骤五；

步骤三：微控制器控制开关切换电路将系统切换到匹配状态线路，风力发电机的输出通过AC-DC电路将能量供给负载，返回步骤二；

步骤四：微控制器控制开关切换电路将系统切换到亚匹配状态线路，并实时控制可调谐振网络谐振频率和转速相等，然后根据制定的不同风速和转速下相对应的品质因数调节表控制可调谐振网络的参数调节对风功率进行补偿，使风力发电机的当前转速和瞬时风速下风能利用系数Cp曲线的最大发电功率对应转速相匹配，并通过AC-DC电路将能量供给负载，返回步骤二；

步骤五：微控制器控制开关切换电路将系统切换到超匹配状态线路，风力发电机的输出通过AC-DC电路将能量供给负载，返回步骤二。