基于風(fēng)力發(fā)電系統的電能變換裝置研究

正常啟動(dòng)風(fēng)速到達后，風(fēng)輪機開(kāi)始運行，當風(fēng)速較大時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的電能，經(jīng)過(guò)電能變換裝置調節后，得到用戶(hù)負載所需要的交流電，多余的電能經(jīng)過(guò)蓄電池儲存起來(lái)；當風(fēng)速不足時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機組發(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(hù)負載；當風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的電能遠大于用戶(hù)所需的電能，且在蓄電池電量已被充滿(mǎn)的情況下，采用泄能負載控制器對多余的電能放電。
2．3 控制策略的分析設計
在直驅風(fēng)力發(fā)電系統中，風(fēng)輪機對風(fēng)能的捕獲及其電能變換裝置的控制策略在整個(gè)風(fēng)電系統運行過(guò)程中決定風(fēng)電轉換的效率，根據風(fēng)速的變化，負載的變化以及儲能裝置容量的變化，來(lái)研究風(fēng)電系統的控制策略對風(fēng)力發(fā)電系統的穩定運行以及最大化的利用風(fēng)能有著(zhù)重要的意義。由于離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統多用于農區、牧區等遠離常規電網(wǎng)的場(chǎng)所，風(fēng)力發(fā)電是主要的供電形式，根據這一地區用戶(hù)負載的用電情況，在常規情況下可以設負載的電流閾值為Io，儲能裝置蓄電池SoC的閾值為Co，實(shí)測風(fēng)速的閾值為Vo。當風(fēng)力發(fā)電機運行在切入風(fēng)速與切出風(fēng)速之間時(shí)，設定風(fēng)力發(fā)電體系中用戶(hù)負載電流、蓄電池SoC及實(shí)測風(fēng)速分別大于各自設定的閾值時(shí)，為1狀態(tài)；小于設定閾值時(shí)為0狀態(tài)，則可列出表1。

在表中開(kāi)關(guān)狀態(tài)一行中數值位是“1”的，表示在圖2中的Tx開(kāi)關(guān)接通，為“0”的這一路表示開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，供電模式下的1～8種狀態(tài)分別表示為：T2接通，風(fēng)機供電；T1，T2接通，風(fēng)力發(fā)電機供電，蓄電池充電；T2，T3接通，風(fēng)力發(fā)電機供電，蓄電池放電；T2，T4接通，風(fēng)機供電，泄能負載介入；T2，T3接通，風(fēng)力發(fā)電機供電，蓄電池放電；T2接通，風(fēng)機供電；T2，T3接通，風(fēng)力發(fā)電機供電，蓄電池放電；T2接通，風(fēng)機供電。
在風(fēng)力發(fā)電系統中，以風(fēng)力發(fā)電機提供電能為主，蓄電池放電為輔，上述幾種形式為風(fēng)速達到風(fēng)輪機運轉的切入風(fēng)速，且未超出切出風(fēng)速，在穩定的工作風(fēng)速內，并未提及無(wú)風(fēng)以及風(fēng)速過(guò)大，超出風(fēng)力發(fā)電機承受的最大風(fēng)速，那時(shí)將要啟動(dòng)機械剎車(chē)裝置，將風(fēng)輪機鎖住，保
護風(fēng)力發(fā)電系統。

3 風(fēng)電體系下的電能變換電路控制系統設計
3．1 控制系統方案的確定
風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的電能電壓為三相交流電，且輸出電壓較低，需經(jīng)過(guò)整流器進(jìn)行整流，得到的直流電在經(jīng)過(guò)控制器的作用下對蓄電池進(jìn)行充電，設計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：調節直流輸出電壓使之恒定，以達到后級逆變電路輸入要求；提高逆變電路的功率因數并抑制高次諧波，完成功率因數的校正，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)為帶負載能力強，電路容易達到大功率；又由于LC濾波器有著(zhù)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撲結構，以使逆變電路輸出高質(zhì)量的正弦波形。