一种风力发电机低风速时最大功率输出装置及其输出方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及发电储能微电网领域，具体的是一种风力发电机低风速时最大功率输出装置及其输出方法，风力发电机将交流电通过整流电路整流成直流电，经过储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路将风机输出低压升压给蓄电池充电，蓄电池通过电池电压采样和主控单元相连接，主控单元和人机交互模块相连接。本发明专利技术利用BOOST电路能量转换的原理将微弱的电能升压充入蓄电池，BOOST拓扑电路通过主控单元PWM调节，为变阻抗，可匹配风机输出，相当于轻负载，使得风力发电机在低风速条件下输出有限功率时依然可以将电能充入电感中存储，再通过下阶段电感放电将电能充入蓄电池，风力发电机转速得到提升，输出功率最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机低风速时最大功率输出装置及其输出方法
本专利技术涉及新能源发电储能微电网领域，具体的是一种风力发电机低风速时最大功率输出装置及其输出方法。
技术介绍
风力发电机是通过风力推动风力发电机叶片转动，从而带动发电机转动发出电能，再通过充电装置给储能蓄电池充电。风速越大，风力发电机转速越快，输出电能越多。目前通常采用的充电方法是将风力发电机输出交流电通过整流电路整流成直流给蓄电池充电，实时采样蓄电池电压，判断电池容量状态，通过开关管控制充电回路通断。全球风能资源分布具有显著的区域性特征，风能资源受地形影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带，大陆上风能一般不超过7级。我国风能资源主要集中在三北地区(华北、东北、西北)、沿海及其岛屿地带。华东以及中南部等大部分地区均为低风速地区。据统计，最近30年全国平均风速小于2m/s的低风速(以下简称低风速)出现频率约为40％。其中西南和华中大部分地区低风速频率高于50％，云南南部等地甚至大于70％。现有技术中蓄电池相当于固定阻抗的负载，直接连接风力发电机，只有在风力发电机输出电压高于蓄电池电压时才可以充电，且充电时风机输出电压被蓄电池电压钳位，无法最大功率输出。风力条件是不稳定的，全国平均低风速出现的频率约为40％，低风速时风力驱动扭力过低，风力发电机发出的电能较低。此时如果直接与蓄电池相连，蓄电池即为风力发电机固定阻抗的负载，因风力发电机无法提供给蓄电池足够的电能，相当于负载过重，从而导致风力发电机转速缓慢或者停转，输出功率大幅下降，风力资源得不到有效利用。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种风力发电机低风速时最大功率输出的方法，可以在低风速时提升风机转速，提高风力发电机的发电量，通过MPPT(MaximumPowerPointTracking简称，最大功率点跟踪)算法计算出准确的PWM波驱动所述BOOST拓扑电路，使风力发电机最大功率输出。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种风力发电机低风速时最大功率输出装置，包括以下模块：风机输入、整流电路、储能电感、功率开关管、防反二极管、滤波电路、蓄电池、风机电压采样、电池电压采样、充电电流采样、主控单元、人机交互；所述风力发电机将交流电通过整流电路整流成直流电，经过储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路将风机输出低压升压给蓄电池充电，蓄电池通过电池电压采样和主控单元相连接，主控单元和人机交互模块相连接。进一步地，所述储能电感和功率开关管、防反二极管连接，滤波电路和防反二极管连接，整流电路通过风机电压采样模块和主控单元相连接。进一步地，所述储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路组成BOOST拓扑电路，BOOST拓扑电路通过充电电流采样模块和主控单元相连接。一种风力发电机低风速时最大功率输出装置的输出方法，所述输出方法包括以下步骤：一、风力发电机输出交流电通过整流电路，整流成直流电；二、直流电经过由储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路组成的BOOST拓扑电路，通过主控单元MPPT计算输出PWM波控制BOOST拓扑电路，将实时风力发电机输出功率与调节占空比之前的输出功率进行比较，得出最大功率输出时的占空比，输出PWM波控制BOOST拓扑电路，将风机输出低压升压给蓄电池充电；三、通过PWM斩波调节来匹配风力发电机输出阻抗，从而提升风机转速，实现在有限风力条件下风力发电机输出最大功率，最优化的利用风能资源。进一步地，所述BOOST拓扑电路将整个充电过程分为两步：一、当下端MOS打开时，风力发电机通过电感、下端MOS管形成回路；此时BOOST拓扑电路相当于轻载，风力发电机发出的微弱电能充入电感中；二、将下端MOS管关闭，此时风机通过电感、防反二极管及蓄电池形成回路，电感在第一步已存储电能，此时电路的功率发生单元由风机和电感共同组成，从而风力发电机转速提升，最大功率输出，最优化的利用风能资源；当蓄电池电压达到过压或者风机输出电压达到设定的刹车电压点时，风机刹车，保护蓄电池和风机。进一步地，当所述风机输出电压达到设定的启动充电电压时，主控单元结合电压电流采样，通过MPPT算法计算输出PWM波给开关管Q。进一步地，所述电压的电源开关周期为T1时，开关管Q为导通状态，防反二极管为截止状态，此时BOOST拓扑电路相当于轻载，风力发电机发出的微弱电能可充入电感中，电感L和开关管Q上的电流逐渐增大，电感L两端电压为Uw，考虑到开关管Q漏极对公共端的导通压降Us，故电感两端电压为Uw-Us，T1时通过L的电流增加部分ΔIL1满足公式(1)，此时风机输出电能给电感充电；ΔIL1＝(Uw-Us)*T1/L(1)式中：Uw为风机输入整流后电压，Us为开关管Q漏极对公共端的导通压降，L为电感感值。进一步地，所述电压的电源开关周期为T2时，开关管Q截止，电感L产生反向感应电压，防反二极管D导通，风力发电机输出电能和储存在电感L中的能量共同通过防反二极管给电池充电，流经电感L和二极管D的电流处于减少状态，电感L两端的电压为Ub+Uf-Uw，电流的减少部分ΔIL2满足公式(2)；ΔIL2＝(Ub+Uf-Uw)*T2/L(2)式中：Ub为电池电压，Uf为防反二极管的正向压降，Uw为风机输入整流后电压，L为电感感值。进一步地，所述电流增加部分和电流减少部分相等，即ΔIL1＝ΔIL2。本专利技术的有益效果：本专利技术在传统的风力发电机与蓄电池充电电路之间添加了BOOST拓扑电路，利用BOOST电路能量转换的原理将微弱的电能升压充入蓄电池，BOOST拓扑电路通过主控单元PWM调节，为变阻抗，可匹配风机输出，相当于轻负载，使得风力发电机在低风速条件下输出有限功率时依然可以将电能充入电感中存储，再通过下阶段电感放电将电能充入蓄电池，风力发电机转速得到提升，输出功率最大化。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是本专利技术低风速时最大功率输出装置的模块框图；图2是本专利技术低风速时最大功率输出装置的电路结构示意图；图3是本专利技术低风速时最大功率输出装置的时序图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。一种风力发电机低风速时最大功率输出装置，如图1和2所示，包括以下模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机低风速时最大功率输出装置，其特征在于，包括以下模块：风机输入、整流电路、储能电感、功率开关管、防反二极管、滤波电路、蓄电池、风机电压采样、电池电压采样、充电电流采样、主控单元、人机交互；/n所述风力发电机将交流电通过整流电路整流成直流电，经过储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路将风机输出低压升压给蓄电池充电，蓄电池通过电池电压采样和主控单元相连接，主控单元和人机交互模块相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机低风速时最大功率输出装置，其特征在于，包括以下模块：风机输入、整流电路、储能电感、功率开关管、防反二极管、滤波电路、蓄电池、风机电压采样、电池电压采样、充电电流采样、主控单元、人机交互；
所述风力发电机将交流电通过整流电路整流成直流电，经过储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路将风机输出低压升压给蓄电池充电，蓄电池通过电池电压采样和主控单元相连接，主控单元和人机交互模块相连接。


2.根据权利要求1所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置，其特征在于，所述储能电感和功率开关管、防反二极管连接，滤波电路和防反二极管连接，整流电路通过风机电压采样模块和主控单元相连接。


3.根据权利要求1或2所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置，其特征在于，所述储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路组成BOOST拓扑电路，BOOST拓扑电路通过充电电流采样模块和主控单元相连接。


4.根据权利要求1-3任一项所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置的输出方法，其特征在于，所述输出方法包括以下步骤：
一、风力发电机输出交流电通过整流电路，整流成直流电；
二、直流电经过由储能电感、功率开关管、防反二极管和滤波电路组成的BOOST拓扑电路，通过主控单元MPPT计算输出PWM波控制BOOST拓扑电路，将实时风力发电机输出功率与调节占空比之前的输出功率进行比较，得出最大功率输出时的占空比，输出PWM波控制BOOST拓扑电路，将风机输出低压升压给蓄电池充电；
三、通过PWM斩波调节来匹配风力发电机输出阻抗，从而提升风机转速，实现在有限风力条件下风力发电机输出最大功率，最优化的利用风能资源。


5.根据权利要求4所述的一种风力发电机低风速时最大功率输出装置的输出方法，其特征在于，所述BOOST拓扑电路将整个充电过程分为两步：
一、当下端MOS打开时，风力发电机通过电感、下端MOS管形成回路；此时BOOST拓扑电路相当于轻载，风力发电机发出的微弱电能充入电感中；

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文安，宋功慧，
申请(专利权)人：合肥赛光电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34