適合小型風力發(fā)電系統(tǒng)電流和電壓測量的微型化

小型風力發(fā)電系統(tǒng)

圖一中的小型風力發(fā)電系統(tǒng)通常包含有風力渦輪機、發(fā)電機、交流─直流整流器、充電控制器和可充電電池模塊、逆變器、配線以及支持整個系統(tǒng)的塔座，其中充電控制器和電池模塊通常是必須的以符合遠程離線風能系統(tǒng)的需求。

圖一：小型風力發(fā)電系統(tǒng)的簡化方塊圖。

效率是關(guān)鍵

由于風速變化特性的因素，許多風力發(fā)電方案都采用可變速度控制技術(shù)以期由風力取得最高能量并將渦輪驅(qū)動負載（turbine drive-train loads）降到最低。在這個產(chǎn)業(yè)中提出并討論了許多不同的可變速度控制方法，共同目標就是效率優(yōu)化[5, 6]。

除了風速控制部分外，逆變器也在風力發(fā)電系統(tǒng)的功率變換過程中扮演著非常關(guān)鍵的角色。以風力渦輪可變速度發(fā)電設(shè)備為例，逆變器是連接供電網(wǎng)并提供符合電力要求電源的基本設(shè)備，逆變器可以是商用的單相或工業(yè)用三項的分立零組件或模塊，并通過數(shù)字信號處理器(DSP)控制來提供高效率能源轉(zhuǎn)換。高效逆變系統(tǒng)需要對電力設(shè)備進行精密的時序控制和安全隔離，避免有害高電壓開關(guān)瞬變損害控制器和危害操作人員。

以30kW的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為例[6]，在連接供電網(wǎng)的風能系統(tǒng)上使用了簡單的交流─直流─交流變換器以及模塊化控制方式。圖二是這個功率轉(zhuǎn)換器的類似方塊圖，基于發(fā)電機輸出的電壓和頻率會隨著風速變化，因此使用一個直流─直流升壓斬波電路來維持穩(wěn)定的直流線路電壓，輸入的直流電流經(jīng)過調(diào)節(jié)追隨經(jīng)過預先設(shè)定的優(yōu)化電流參考，以便在渦輪系統(tǒng)的最大功率輸出點運行。在和供電網(wǎng)的連接上，PWM信號通過ACPL-332J門極驅(qū)動[7]控制IGBT，通過對逆變器直流電壓的調(diào)節(jié)提供電流到電力線上。

圖二：使用交流─直流─交流變換器的小型風力渦輪系統(tǒng)方塊圖。

為了要達到優(yōu)化的系統(tǒng)效率，圖二以及其他參考文獻[6, 8]中所描述的變換器顯示必須把重要的電流和電壓信息反饋給數(shù)字信號處理器(DSP)進行計算和有效控制。這些