基于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能變換裝置研究

正常啟動(dòng)風(fēng)速到達(dá)后，風(fēng)輪機(jī)開始運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能，經(jīng)過電能變換裝置調(diào)節(jié)后，得到用戶負(fù)載所需要的交流電，多余的電能經(jīng)過蓄電池儲(chǔ)存起來；當(dāng)風(fēng)速不足時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能較小或則不發(fā)電能，此時(shí)由蓄電池發(fā)電給電能變換裝置，進(jìn)而變換后，供給用戶負(fù)載；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能遠(yuǎn)大于用戶所需的電能，且在蓄電池電量已被充滿的情況下，采用泄能負(fù)載控制器對多余的電能放電。
2．3 控制策略的分析設(shè)計(jì)
在直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)輪機(jī)對風(fēng)能的捕獲及其電能變換裝置的控制策略在整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行過程中決定風(fēng)電轉(zhuǎn)換的效率，根據(jù)風(fēng)速的變化，負(fù)載的變化以及儲(chǔ)能裝置容量的變化，來研究風(fēng)電系統(tǒng)的控制策略對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行以及最大化的利用風(fēng)能有著重要的意義。由于離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多用于農(nóng)區(qū)、牧區(qū)等遠(yuǎn)離常規(guī)電網(wǎng)的場所，風(fēng)力發(fā)電是主要的供電形式，根據(jù)這一地區(qū)用戶負(fù)載的用電情況，在常規(guī)情況下可以設(shè)負(fù)載的電流閾值為Io，儲(chǔ)能裝置蓄電池SoC的閾值為Co，實(shí)測風(fēng)速的閾值為Vo。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在切入風(fēng)速與切出風(fēng)速之間時(shí)，設(shè)定風(fēng)力發(fā)電體系中用戶負(fù)載電流、蓄電池SoC及實(shí)測風(fēng)速分別大于各自設(shè)定的閾值時(shí)，為1狀態(tài)；小于設(shè)定閾值時(shí)為0狀態(tài)，則可列出表1。

在表中開關(guān)狀態(tài)一行中數(shù)值位是“1”的，表示在圖2中的Tx開關(guān)接通，為“0”的這一路表示開關(guān)斷開，供電模式下的1～8種狀態(tài)分別表示為：T2接通，風(fēng)機(jī)供電；T1，T2接通，風(fēng)力發(fā)電機(jī)供電，蓄電池充電；T2，T3接通，風(fēng)力發(fā)電機(jī)供電，蓄電池放電；T2，T4接通，風(fēng)機(jī)供電，泄能負(fù)載介入；T2，T3接通，風(fēng)力發(fā)電機(jī)供電，蓄電池放電；T2接通，風(fēng)機(jī)供電；T2，T3接通，風(fēng)力發(fā)電機(jī)供電，蓄電池放電；T2接通，風(fēng)機(jī)供電。
在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，以風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供電能為主，蓄電池放電為輔，上述幾種形式為風(fēng)速達(dá)到風(fēng)輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的切入風(fēng)速，且未超出切出風(fēng)速，在穩(wěn)定的工作風(fēng)速內(nèi)，并未提及無風(fēng)以及風(fēng)速過大，超出風(fēng)力發(fā)電機(jī)承受的最大風(fēng)速，那時(shí)將要啟動(dòng)機(jī)械剎車裝置，將風(fēng)輪機(jī)鎖住，保
護(hù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

3 風(fēng)電體系下的電能變換電路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1 控制系統(tǒng)方案的確定
風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能電壓為三相交流電，且輸出電壓較低，需經(jīng)過整流器進(jìn)行整流，得到的直流電在經(jīng)過控制器的作用下對蓄電池進(jìn)行充電，設(shè)計(jì)中采用的是三相橋式不可控整流。而對于直流變換電路主要功能是：調(diào)節(jié)直流輸出電壓使之恒定，以達(dá)到后級(jí)逆變電路輸入要求；提高逆變電路的功率因數(shù)并抑制高次諧波，完成功率因數(shù)的校正，所以可采用直流Boost升壓斬波電路。選用全橋逆變電路，其特點(diǎn)為帶負(fù)載能力強(qiáng)，電路容易達(dá)到大功率；又由于LC濾波器有著對輸出波形中的高次諧波進(jìn)行濾波處理的能力，因此選用了輸出端帶LC濾波器的單相全橋逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以使逆變電路輸出高質(zhì)量的正弦波形。