[发明专利]一种风力发电机低风速时最大功率输出装置及其输出方法

权利要求书

1.一种风力发电机低风速时最大功率输出装置，其特征在于，包括以下模块：风机输入、整流电路、储能电感、功率开关管、防反二极管、滤波电路、蓄电池、风机电压采样、电池电压采样、充电电流采样、主控单元、人机交互；

所述风力发电机将交流电通过整流电路整流成直流电，经过储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路将风机输出低压升压给蓄电池充电，蓄电池通过电池电压采样和主控单元相连接，主控单元和人机交互模块相连接。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置，其特征在于，所述储能电感和功率开关管、防反二极管连接，滤波电路和防反二极管连接，整流电路通过风机电压采样模块和主控单元相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置，其特征在于，所述储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路组成BOOST拓扑电路，BOOST拓扑电路通过充电电流采样模块和主控单元相连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置的输出方法，其特征在于，所述输出方法包括以下步骤：

一、风力发电机输出交流电通过整流电路，整流成直流电；

二、直流电经过由储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路组成的BOOST拓扑电路，通过主控单元MPPT计算输出PWM波控制BOOST拓扑电路，将实时风力发电机输出功率与调节占空比之前的输出功率进行比较，得出最大功率输出时的占空比，输出PWM波控制BOOST拓扑电路，将风机输出低压升压给蓄电池充电；

三、通过PWM斩波调节来匹配风力发电机输出阻抗，从而提升风机转速，实现在有限风力条件下风力发电机输出最大功率，最优化的利用风能资源。

5.根据权利要求4所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置的输出方法，其特征在于，所述BOOST拓扑电路将整个充电过程分为两步：

一、当下端MOS打开时，风力发电机通过电感、下端MOS管形成回路；此时BOOST拓扑电路相当于轻载，风力发电机发出的微弱电能充入电感中；

二、将下端MOS管关闭，此时风机通过电感、防反二极管及蓄电池形成回路，电感在第一步已存储电能，此时电路的功率发生单元由风机和电感共同组成，从而风力发电机转速提升，最大功率输出，最优化的利用风能资源；当蓄电池电压达到过压或者风机输出电压达到设定的刹车电压点时，风机刹车，保护蓄电池和风机。

6.根据权利要求4所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置的输出方法，其特征在于，当所述风机输出电压达到设定的启动充电电压时，主控单元结合电压电流采样，通过MPPT算法计算输出PWM波给开关管Q。

7.根据权利要求6所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置的输出方法，其特征在于，所述电压的电源开关周期为T1时，开关管Q为导通状态，防反二极管为截止状态，此时BOOST拓扑电路相当于轻载，风力发电机发出的微弱电能可充入电感中，电感L和开关管Q上的电流逐渐增大，电感L两端电压为Uw，考虑到开关管Q漏极对公共端的导通压降Us，故电感两端电压为Uw-Us，T1时通过L的电流增加部分ΔIL1满足公式(1)，此时风机输出电能给电感充电；

ΔIL1＝(Uw-Us)*T1/L (1)

式中：Uw为风机输入整流后电压，Us为开关管Q漏极对公共端的导通压降，L为电感感值。

8.根据权利要求7所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置的输出方法，其特征在于，所述电压的电源开关周期为T2时，开关管Q截止，电感L产生反向感应电压，防反二极管D导通，风力发电机输出电能和储存在电感L中的能量共同通过防反二极管给电池充电，流经电感L和二极管D的电流处于减少状态，电感L两端的电压为Ub+Uf-Uw，电流的减少部分ΔIL2满足公式(2)；

ΔIL2＝(Ub+Uf-Uw)*T2/L (2)

式中：Ub为电池电压，Uf为防反二极管的正向压降，Uw为风机输入整流后电压，L为电感感值。

9.根据权利要求8所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置的输出方法，其特征在于，所述电流增加部分和电流减少部分相等，即ΔIL1＝ΔIL2。