獨立運行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

　　通過對小型風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r的分析，提出了包括不可控橋式整流器和Buck變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有利于實現(xiàn)負載跟蹤和充放電集成控制，且結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。針對設(shè)計方案建立Simulink仿真模型，進行仿真分析，仿真結(jié)果證明本設(shè)計可行、結(jié)果正確。

　　引言

　　風(fēng)力發(fā)電受風(fēng)的影響而使發(fā)電機輸出特性發(fā)生很大的變化，產(chǎn)生的電能很難滿足負載恒定電壓的要求。為解決在無風(fēng)時提供可靠電能，在大風(fēng)時保證發(fā)電系統(tǒng)的安全并提供平穩(wěn)電能，必須對風(fēng)機輸出功率加以控制，既提高風(fēng)能利用系數(shù)．又能提高風(fēng)機發(fā)電量。應(yīng)用新型高效率的電能變換回路拓撲結(jié)構(gòu)，最大功率點跟蹤（MPPT）控制策略和先進的控制理論是提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率的重要方法。以Buck電路作為功率控制主電路的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，電路簡單，可靠性高。在考慮風(fēng)力發(fā)電特點的基礎(chǔ)上，有必要對Buck電路進行設(shè)計和系統(tǒng)仿真研究。

　　1 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

　　1.1 設(shè)計方案的提出

　　小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，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斬波器、蓄電池、逆變器幾個組成部分。風(fēng)力機驅(qū)動永磁同步發(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斬波器用來改變風(fēng)力發(fā)電機的負載特性，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出功率和控制蓄電池充放電。

　　1.2 集成控制策略

　　綜合考慮風(fēng)速、負載變化和蓄電池充放電特性的負載跟蹤和充放電集成控制策略，通過改變發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性和使用耗能負載相結(jié)合，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電流按照一定規(guī)律變化，可以實現(xiàn)系統(tǒng)集成控制的四個基本策略最大功率控制MPPT、負載跟蹤控制、蓄電池充電控制、運行保護控制。

　　2 電路的設(shè)計及參數(shù)的計算

　　2.1 永磁發(fā)電機

　　采用稀土永磁直驅(qū)式發(fā)電機，減去了增速箱，傳動軸部件，避免出現(xiàn)漏油和因主軸不同軸而引起的振動，降低了機械故障率，提高了機組效率和可靠性。

　　2.2 二極管整流電路

　　獨立運行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多使用橋式不可控整流方式，因為它是由二極管組成。三相整流器除了把輸入的三相交流電能整流為可對蓄電池充電的直流電能之外，另外一個重要的功能是在外界風(fēng)速過小或者基本沒風(fēng)的時候，風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率也較小，二極管導(dǎo)通方向是由風(fēng)力發(fā)電機的輸出端到蓄電池，所以防止了蓄電池對風(fēng)力發(fā)電機的反相供電。