基于風力發(fā)電系統(tǒng)的電能變換裝置研究

正常啟動風速到達后，風輪機開始運行，當風速較大時，風力發(fā)電機組發(fā)出的電能，經(jīng)過電能變換裝置調(diào)節(jié)后，得到用戶負載所需要的交流電，多余的電能經(jīng)過蓄電池儲存起來；當風速不足時，風力發(fā)電機組發(fā)出的電能較小或則不發(fā)電能，此時由蓄電池發(fā)電給電能變換裝置，進而變換后，供給用戶負載；當風力發(fā)電機組發(fā)出的電能遠大于用戶所需的電能，且在蓄電池電量已被充滿的情況下，采用泄能負載控制器對多余的電能放電。
2．3 控制策略的分析設計
在直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)中，風輪機對風能的捕獲及其電能變換裝置的控制策略在整個風電系統(tǒng)運行過程中決定風電轉(zhuǎn)換的效率，根據(jù)風速的變化，負載的變化以及儲能裝置容量的變化，來研究風電系統(tǒng)的控制策略對風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行以及最大化的利用風能有著重要的意義。由于離網(wǎng)型風力發(fā)電系統(tǒng)多用于農(nóng)區(qū)、牧區(qū)等遠離常規(guī)電網(wǎng)的場所，風力發(fā)電是主要的供電形式，根據(jù)這一地區(qū)用戶負載的用電情況，在常規(guī)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，實測風速的閾值為Vo。當風力發(fā)電機運行在切入風速與切出風速之間時，設定風力發(fā)電體系中用戶負載電流、蓄電池SoC及實測風速分別大于各自設定的閾值時，為1狀態(tài)；小于設定閾值時為0狀態(tài)，則可列出表1。

在表中開關狀態(tài)一行中數(shù)值位是“1”的，表示在圖2中的Tx開關接通，為“0”的這一路表示開關斷開，供電模式下的1～8種狀態(tài)分別表示為：T2接通，風機供電；T1，T2接通，風力發(fā)電機供電，蓄電池充電；T2，T3接通，風力發(fā)電機供電，蓄電池放電；T2，T4接通，風機供電，泄能負載介入；T2，T3接通，風力發(fā)電機供電，蓄電池放電；T2接通，風機供電；T2，T3接通，風力發(fā)電機供電，蓄電池放電；T2接通，風機供電。
在風力發(fā)電系統(tǒng)中，以風力發(fā)電機提供電能為主，蓄電池放電為輔，上述幾種形式為風速達到風輪機運轉(zhuǎn)的切入風速，且未超出切出風速，在穩(wěn)定的工作風速內(nèi)，并未提及無風以及風速過大，超出風力發(fā)電機承受的最大風速，那時將要啟動機械剎車裝置，將風輪機鎖住，保
護風力發(fā)電系統(tǒng)。

3 風電體系下的電能變換電路控制系統(tǒng)設計
3．1 控制系統(tǒng)方案的確定
風力發(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)過整流器進行整流，得到的直流電在經(jīng)過控制器的作用下對蓄電池進行充電，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(diào)節(jié)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(shù)并抑制高次諧波，完成功率因數(shù)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濾波器有著對輸出波形中的高次諧波進行濾波處理的能力，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(jié)構(gòu)，以使逆變電路輸出高質(zhì)量的正弦波形。