一种风力发电系统技术方案

一种风力发电系统，包括风轮机、大发电机、小发电机、两AC/DC变换电路、DC/DC变换电路、DC/AC变换电路和控制电路，大发电机与风轮机相对固定且同轴相连，大、小发电机的轴处于同一直线上且相隔一距离，两者通过一继电器实现吸合或断开；两AC/DC变换电路的输出同时连接DC/DC变换电路，其中一AC/DC变换电路的输入通过一断路器与大发电机相连接，另一AC/DC变换电路的输入与小发电机相连接，DC/DC变换电路的输出通过DC/AC变换电路连接并入电网；控制电路同时与大发电机、小发电机、两AC/DC变换电路、DC/DC变换电路和DC/AC变换电路相连接并且输出控制信号控制继电器、断路器及各变换电路。本实用新型专利技术提高了发电效率和电能质量，保障了电网的安全运行。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种风力发电装置，特别涉及一种能够实现风能最大功率跟踪的风力发电系统。
技术介绍
随着全球经济的快速发展，日益严重的能源短缺与环境污染问题已成为当今社会经济发展亟待解决的重大问题，以风能、太阳能等为代表的绿色可再生能源的开发利用越来越受到世界各国的关注和重视，其对实现经济的可持续发展具有重要的意义。风能作为可再生能源具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优点，存在着广阔的应用前景，其对于缓解能源短缺和环境污染起到巨大作用。现有风力发电系统的发电机所发出的电能易受风速变化的影响，并且由风能转换为电能的效率不高，虽然根据风速大小的不同，可实现对风轮机吸收的最大风能进行跟踪， 但跟踪的风速范围有限。为了提高发电机的输出功率和电网的安全可靠运行，就有必要利用电力电子技术和控制技术对风力发电系统进行改进。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种风力发电系统，其能够在较大的风速范围内有效地跟踪系统输出的最大功率点，无论在大风速还是小风速的情况下，都能较好地利用风能，将其转化为优质电能且逆变并网，从而实现风力发电系统输出功率最大化和电网的安全运行。本技术的技术方案为一种风力发电系统，其包括风轮机、大发电机、小发电机、两AC/DC变换电路、DC/ DC变换电路、DC/AC变换电路和控制电路，所述大发电机与风轮机相对固定且同轴相连，其轴向后延伸，所述小发电机的轴与大发电机的轴处于同一直线上且与之相隔一距离，两者通过一继电器实现吸合或断开；所述两AC/DC变换电路的输出同时连接所述DC/DC变换电路，其中一 AC/DC变换电路的输入通过一断路器与大发电机相连接，另一 AC/DC变换电路的输入与小发电机相连接，所述DC/DC变换电路的输出连接所述DC/AC变换电路，该DC/AC变换电路的输出连接并入电网；所述控制电路同时与所述大发电机、小发电机、两AC/DC变换电路、DC/DC变换电路和DC/AC变换电路相连接并且输出控制信号控制所述继电器及断路器以使大、小发电机轮流工作和控制两AC/DC变换电路、DC/DC变换电路及DC/AC变换电路。本技术所述的风力发电系统还包括远程监控中心、两收发器和显示装置，所述两收发器之间以无线通讯方式进行信号的双向传输，其一收发器连接于所述远程监控中心，另一收发器连接于所述控制电路，所述显示装置连接于所述控制电路上；所述控制电路包括风速风向传感器、位置转速传感器、电压电流传感器、最大功率跟踪模块、逆变并网模块和数据采集模块，所述风速风向传感器连接所述数据采集模块和最大功率跟踪模块并将所采集风速风向信号输入该最大功率跟踪模块，所述位置转速传感器设于所述大、小发电机上且连接所述数据采集模块和最大功率跟踪模块，并将所采集大、小发电机的转速信号输入该最大功率跟踪模块，所述电压电流传感器设于所述大发电机、小发电机、两AC/DC变换电路、DC/DC变换电路和DC/AC变换电路的输入及输出端上，其连接所述数据采集模块、 逆变并网模块和最大功率跟踪模块并将所采集电压电流信号输入该逆变并网模块及最大功率跟踪模块，所述最大功率跟踪模块连接并输出控制信号控制所述继电器、断路器、两 AC/DC变换电路及DC/DC变换电路，所述逆变并网模块连接并输出控制信号控制所述DC/AC 变换电路，该控制电路包括TMS320F2812数字控制芯片，该TMS320F2812数字控制芯片含有最大功率跟踪模块、逆变并网模块和数据采集模块；所述两AC/DC变换电路为三相全控整流电路，开关器件为IGBT功率器件，其耐压值相同，所述DC/DC变换电路为Buck-Boost直流斩波电路，所述DC/AC变换电路为由IGBT功率器件构成的逆变全桥电路；所述大发电机和小发电机为永磁直驱同步风力发电机。本技术的有益效果在于首先，本技术采用大、小双发电机结构，通过控制电路控制继电器实现了大、小发电机轮流工作，即当风速较大时，单独由大发电机工作， 当风速较小时，继电器吸合连接小发电机使之工作，同时断路器断开大发电机，从而实现了风能的最大功率跟踪，有效地捕获最大风能，使所述风力发电机在很宽的风速范围内都能输出最大功率，达到了大大提高所述风力发电系统发电效率的目的。其次，本技术采用数字控制芯片TMS320F2812与各种传感器构成闭环控制系统，对整个风力发电系统进行了最优控制，从而使之输出稳定、谐波含量少的电流，提高了并网的电能质量，实现了电网的安全运行。此外，本技术的远程监控系统实现了所述风力发电系统运行实时信息的远程采集、处理、存储和查询。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术双机结构示意图。图3为本技术主电路拓扑结构图。图4为本技术控制电路连接示意图。图5为本技术另一实施例结构示意图。具体实施方式现结合具体实施例和附图对本技术作一详细说明。首先请参阅图1本技术的结构示意图，图示风力发电系统包括风轮机9、大发电机1、小发电机2、两AC/DC变换电路6、DC/DC变换电路7、DC/AC变换电路8和控制电路。再请参阅图2，所述大发电机1和小发电机2均为永磁直驱同步风力发电机。所述大发电机1为一大功率发电机，与其前面的风轮机9位置相对固定，并且同轴相连，该大发电机1的轴向后延伸。所述小发电机2的轴与大发电机1的轴处于同一直线上，而且与之相隔一很微小的距离，该小发电机2为一小功率发电机，其能够沿着轴线方向作小范围的水平移动，所述小发电机2的轴上设置有变速箱5和继电器4。所述小发电机2的轴与大发电机1的轴通过该继电器4的通断实现吸合成一体或者断开分离。上述双发动机结构能够使所述风力发电系统通过控制继电器4来实现大、小发电机1和2轮流工作，即当风速较大时，大、小发电机1和2的轴断开，大发电机1输出端导通，大发电机1单独工作，当风速较小时，继电器4工作，将小发电机2的轴与大发电机1的轴接上并随之转动，变速箱5起加速作用，以使速度达到小发电机2转子的转速要求，同时大发电机1输出端断开，由小发电机2单独工作。请结合参阅图2和图3，所述两AC/DC变换电路6为三相全控整流电路，开关器件为IGBT功率器件，该功率器件IGBT的耐压值相同，且功率大小与大发电机1和小发电机2 匹配。所述DC/DC变换电路7为Buck-Boost直流斩波电路，其输出电压既可高于也可低于输入电压，选择滤波电感要足够大，可保证负载电流连续且线性升降，电容要大，减少电压波动。所述DC/AC变换电路8为由IGBT功率器件构成的逆变全桥电路。所述两AC/DC变换电路6的输出同时共用同一直流母线连接所述DC/DC变换电路 7，其中一 AC/DC变换电路6的输入通过一断路器3与大发电机1相连接，另一 AC/DC变换电路6的输入直接与小发电机2相连接。通过对AC/DC变换电路6的优化控制，两个并联的AC/DC变换电路6轮换工作，可实现风能最大功率的跟踪。所述DC/DC变换电路7的输出连接所述DC/AC变换电路8。该DC/DC变换电路7 采用PWM控制，及时检测负载的运行情况调节占空比，控制开关管的导通和关断，实现升压和降压。输出电能波动时，能够实现输入DC/AC变换电路8的直流电压稳定，为实现逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种风力发电系统，其特征在于，该风力发电系统包括风轮机、大发电机、小发电机、两ＡＣ／ＤＣ变换电路、ＤＣ／ＤＣ变换电路、ＤＣ／ＡＣ变换电路和控制电路，所述大发电机与风轮机相对固定且同轴相连，其轴向后延伸，所述小发电机的轴与大发电机的轴处于同一直线上且与之相隔一距离，两者通过一继电器实现吸合或断开；所述两ＡＣ／ＤＣ变换电路的输出同时连接所述ＤＣ／ＤＣ变换电路，其中一ＡＣ／ＤＣ变换电路的输入通过一断路器与大发电机相连接，另一ＡＣ／ＤＣ变换电路的输入与小发电机相连接，所述ＤＣ／ＤＣ变换电路的输出连接所述ＤＣ／ＡＣ变换电路，该ＤＣ／ＡＣ变换电路的输出连接并入电网；所述控制电路同时与所述大发电机、小发电机、两ＡＣ／ＤＣ变换电路、ＤＣ／ＤＣ变换电路和ＤＣ／ＡＣ变换电路相连接并且输出控制信号控制所述继电器及断路器以使大、小发电机轮流工作和控制两ＡＣ／ＤＣ变换电路、ＤＣ／ＤＣ变换电路及ＤＣ／ＡＣ变换电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪武宁，万枫，许富强，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：实用新型
国别省市：31