風(fēng)力發(fā)電系統的電能變換裝置設計方案

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。

3．2 電能變換電路的控制器設計

設計的永磁直驅風(fēng)力發(fā)電系統發(fā)出電壓在18～50 V之間變化時(shí)，經(jīng)過(guò)電能變換電路的處理得到穩定的220 V電壓，通過(guò)研究得出在設計整流及Boost升壓變換電路的控制策略時(shí)，應該以控制輸出電壓為出發(fā)點(diǎn)，使輸出電壓保持恒定為目的，且同時(shí)要保證系統功率因數盡可能的接近于1，綜合風(fēng)電系統特殊環(huán)境及Boost變換的電路CCM工作特性的基礎上，控制系統的設計中采用了平均電流控制技術(shù)，結構上為電流內環(huán)和電壓外環(huán)構成雙閉環(huán)結構；而對于逆變電路部分則在電路的控制方式上選用正弦脈寬調制方式對逆變電路進(jìn)行控制，設計了采用PI調節器及PWM控制的電路控制策略。在確定了系統中電路的運行狀態(tài)后，確定了電路參數，并利用Matlab＼Sireulink搭建了電能變換電路逆變部分的仿真模型，如圖4所示。

仿真結果如圖5所示。在圖5中從上至下分別為未經(jīng)過(guò)濾波的負載電流波形、經(jīng)過(guò)濾波后的負載電流電壓波形，仿真結果可見(jiàn)在允許的范圍內達到了負載要求的工作電壓。

4 結語(yǔ)

針對永磁直驅風(fēng)力發(fā)電體系下的電能變換電路進(jìn)行了設計，并對所設計的控制策略及方案在Matlab軟件下應用Simulink來(lái)完成的模型搭建和仿真調試。通過(guò)仿真，驗證了設計的電能變換電路拓撲結構的正確性及控制策略的合理性，為直驅風(fēng)力發(fā)電系統的電能變換的研究提供了一定的信息。