適合小型風(fēng)力發(fā)電系統電流和電壓測量的微型化

小型風(fēng)力發(fā)電系統

圖一中的小型風(fēng)力發(fā)電系統通常包含有風(fēng)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(xiàn)以及支持整個(gè)系統的塔座，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(xiàn)風(fēng)能系統的需求。

圖一：小型風(fēng)力發(fā)電系統的簡(jiǎn)化方塊圖。

效率是關(guān)鍵

由于風(fēng)速變化特性的因素，許多風(fēng)力發(fā)電方案都采用可變速度控制技術(shù)以期由風(fēng)力取得最高能量并將渦輪驅動(dòng)負載（turbine drive-train loads）降到最低。在這個(gè)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(fēng)速控制部分外，逆變器也在風(fēng)力發(fā)電系統的功率變換過(guò)程中扮演著(zhù)非常關(guān)鍵的角色。以風(fēng)力渦輪可變速度發(fā)電設備為例，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(guò)數字信號處理器(DSP)控制來(lái)提供高效率能源轉換。高效逆變系統需要對電力設備進(jìn)行精密的時(shí)序控制和安全隔離，避免有害高電壓開(kāi)關(guān)瞬變損害控制器和危害操作人員。

以30kW的電力轉換系統為例[6]，在連接供電網(wǎng)的風(fēng)能系統上使用了簡(jiǎn)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(gè)功率轉換器的類(lèi)似方塊圖，基于發(fā)電機輸出的電壓和頻率會(huì )隨著(zhù)風(fēng)速變化，因此使用一個(gè)直流─直流升壓斬波電路來(lái)維持穩定的直流線(xiàn)路電壓，輸入的直流電流經(jīng)過(guò)調節追隨經(jīng)過(guò)預先設定的優(yōu)化電流參考，以便在渦輪系統的最大功率輸出點(diǎn)運行。在和供電網(wǎng)的連接上，PWM信號通過(guò)ACPL-332J門(mén)極驅動(dòng)[7]控制IGBT，通過(guò)對逆變器直流電壓的調節提供電流到電力線(xiàn)上。

圖二：使用交流─直流─交流變換器的小型風(fēng)力渦輪系統方塊圖。

為了要達到優(yōu)化的系統效率，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字信號處理器(DSP)進(jìn)行計算和有效控制。這些