獨立運行小型風(fēng)力發(fā)電機

一、項目概述

1.1 引言

能源 、環(huán)境是當今人類(lèi)生存和發(fā)展所要解決的緊迫問(wèn)題。能源的發(fā)展按照可持續發(fā)展戰略原則，在開(kāi)發(fā)利用常規能源的同時(shí)，應更加注重開(kāi)發(fā)利用對生態(tài)有利的新型能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能、水能等。風(fēng)力發(fā)電由于清潔無(wú)污染，施工周期短，投資靈活，占地少，具有較好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，已受到世界各國政府的高度重視。中國陸地風(fēng)能資源的理論開(kāi)發(fā)值為3226 GW，近海風(fēng)能是陸地的3倍，50m高區域風(fēng)能是l0m高區域的2倍,風(fēng)能資源十分豐富。因此,風(fēng)力發(fā)電是我國未來(lái)能源發(fā)展的一個(gè)重要方向。在風(fēng)力發(fā)電系統中，為了保證風(fēng)力發(fā)電機輸出穩定電能，控制器的合理設計是十分重要的。

獨立運行的小型風(fēng)力發(fā)電系統由于不需要并網(wǎng)發(fā)電，系統輸出必須隨著(zhù)負載的變化而變化，由于風(fēng)能的隨機性和不穩定性以及負載的變化大大地增加了系統的復雜性。研究控制系統的目的就是盡量保持系統的輸出在我們希望的范圍之內。在獨立運行小型風(fēng)力發(fā)電系統中風(fēng)速和負載作為輸入是不斷變化的，因此系統應該通過(guò)調節來(lái)適應風(fēng)速變化，滿(mǎn)足負載需要，并使整個(gè)系統運行在安全合理的范圍之內。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

風(fēng)力發(fā)電由于清潔無(wú)污染，施工周期短，投資靈活，占地少，具有較好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，已受到世界各國政府的高度重視

二、需求分析

2.1 功能要求

蓄電池是整個(gè)風(fēng)電系統中較薄弱的環(huán)節而且運行周期短，這就給小型風(fēng)電系統的推廣使用造成了一定難度。所以在獨立運行風(fēng)電系統有不同于其它系統的控制特點(diǎn)，其特殊性表現在:

（1)受風(fēng)能的隨機性和不穩定性的影響，需要用電的時(shí)候不一定有風(fēng)，不需要用電的時(shí)候風(fēng)速可能很大，并且捕獲的風(fēng)能大于負載用電量時(shí)，可能造成風(fēng)力機轉速過(guò)大，導致飛車(chē);電流過(guò)大，導致發(fā)電機過(guò)載，燒毀線(xiàn)圈;

（2)蓄電池的充電電源來(lái)自于風(fēng)力發(fā)電機，但風(fēng)力發(fā)電系統的設計發(fā)電量是有限的，容易造成低風(fēng)速時(shí)，蓄電池欠充;高風(fēng)速時(shí)，蓄電池過(guò)充。

對系統的控制應達到以下幾點(diǎn)要求:

1、能夠跟蹤最大功率;（風(fēng)力發(fā)電機組的最大功率跟蹤控制）

2、使風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率與負載功率相匹配;

3、對蓄電池合理充電，防止過(guò)充或過(guò)放;（蓄電池組的優(yōu)化控制策略）

2.2 性能要求

對系統的控制應達到以下幾點(diǎn)要求:

1、能夠跟蹤最大功率;（風(fēng)力發(fā)電機組的最大功率跟蹤控制）

2、使風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率與負載功率相匹配;

3、對蓄電池合理充電，防止過(guò)充或過(guò)放;（蓄電池組的優(yōu)化控制策略）

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理（除圖片外需有文字介紹）

系統硬件結構框圖

本文提出的風(fēng)力發(fā)電系統結構,如圖2所示，實(shí)現了負載跟蹤和充放電集成控制.它主要包括風(fēng)力機、三相永磁同步發(fā)電機、橋式整流器、DC/DC變換器、蓄電池、逆變器、驅動(dòng)電路以及控制系統幾個(gè)組成部分.風(fēng)力機驅動(dòng)永磁同步發(fā)電機發(fā)電,所發(fā)出的交流電經(jīng)整流后給蓄電池充電或供給負載;逆變器將蓄電池或斬波器輸出的直流電變換成交流電供負載使用;DC/DC變換器用來(lái)改變風(fēng)力發(fā)電機的負載特性,調節發(fā)電機輸出功率和控制蓄電池充放電;卸荷負載用來(lái)保護風(fēng)力發(fā)電機組.

3.2 硬件平臺選用及資源配置

主控制器用Atmega，驅動(dòng)器件用TC4427E,輔助電源用UC3845.

3.3系統軟件架構

3.4 系統軟件流程（除圖片外需有文字介紹）

人為地施加轉速擾動(dòng)變化量,根據發(fā)電機輸出功率的變化確定風(fēng)機轉速的控制增量,通過(guò)控制發(fā)電機電磁轉矩使得風(fēng)機轉速趨于給定,反復執行上述搜索策略,直到風(fēng)電系統運行在最大功率點(diǎn)。由于不同風(fēng)速下,風(fēng)機的轉速—功率曲線(xiàn)呈類(lèi)拋物線(xiàn)關(guān)系,搜索法通過(guò)不斷改變風(fēng)機轉速控制風(fēng)電系統的運行點(diǎn)沿拋物線(xiàn)變化, 直到自動(dòng)搜索到發(fā)電機的最優(yōu)轉速點(diǎn)。

3.5 系統預計實(shí)現結果

1、能夠跟蹤最大功率;（風(fēng)力發(fā)電機組的最大功率跟蹤控制）

2、使風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率與負載功率相匹配;

3、對蓄電池合理充電，防止過(guò)充或過(guò)放;（蓄電池組的優(yōu)化控制策略）

在獨立運行小型風(fēng)力發(fā)電系統中風(fēng)速和負載作為輸入是不斷變化的，因此系統應該通過(guò)調節來(lái)適應風(fēng)速變化，滿(mǎn)足負載需要，并使整個(gè)系統運行在安全合理的范圍之內,保證風(fēng)力發(fā)電機輸出穩定電能。

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