基于风力发电系统的电能变换装置研究

正常启动风速到达后，风轮机开始运行，当风速较大时，风力发电机组发出的电能，经过电能变换装置调节后，得到用户负载所需要的交流电，多余的电能经过蓄电池储存起来；当风速不足时，风力发电机组发出的电能较小或则不发电能，此时由蓄电池发电给电能变换装置，进而变换后，供给用户负载；当风力发电机组发出的电能远大于用户所需的电能，且在蓄电池电量已被充满的情况下，采用泄能负载控制器对多余的电能放电。
2．3 控制策略的分析设计
在直驱风力发电系统中，风轮机对风能的捕获及其电能变换装置的控制策略在整个风电系统运行过程中决定风电转换的效率，根据风速的变化，负载的变化以及储能装置容量的变化，来研究风电系统的控制策略对风力发电系统的稳定运行以及最大化的利用风能有着重要的意义。由于离网型风力发电系统多用于农区、牧区等远离常规电网的场所，风力发电是主要的供电形式，根据这一地区用户负载的用电情况，在常规情况下可以设负载的电流阈值为Io，储能装置蓄电池SoC的阈值为Co，实测风速的阈值为Vo。当风力发电机运行在切入风速与切出风速之间时，设定风力发电体系中用户负载电流、蓄电池SoC及实测风速分别大于各自设定的阈值时，为1状态；小于设定阈值时为0状态，则可列出表1。

在表中开关状态一行中数值位是“1”的，表示在图2中的Tx开关接通，为“0”的这一路表示开关断开，供电模式下的1～8种状态分别表示为：T2接通，风机供电；T1，T2接通，风力发电机供电，蓄电池充电；T2，T3接通，风力发电机供电，蓄电池放电；T2，T4接通，风机供电，泄能负载介入；T2，T3接通，风力发电机供电，蓄电池放电；T2接通，风机供电；T2，T3接通，风力发电机供电，蓄电池放电；T2接通，风机供电。
在风力发电系统中，以风力发电机提供电能为主，蓄电池放电为辅，上述几种形式为风速达到风轮机运转的切入风速，且未超出切出风速，在稳定的工作风速内，并未提及无风以及风速过大，超出风力发电机承受的最大风速，那时将要启动机械刹车装置，将风轮机锁住，保
护风力发电系统。

3 风电体系下的电能变换电路控制系统设计
3．1 控制系统方案的确定
风力发电机发出的电能电压为三相交流电，且输出电压较低，需经过整流器进行整流，得到的直流电在经过控制器的作用下对蓄电池进行充电，设计中采用的是三相桥式不可控整流。而对于直流变换电路主要功能是：调节直流输出电压使之恒定，以达到后级逆变电路输入要求；提高逆变电路的功率因数并抑制高次谐波，完成功率因数的校正，所以可采用直流Boost升压斩波电路。选用全桥逆变电路，其特点为带负载能力强，电路容易达到大功率；又由于LC滤波器有着对输出波形中的高次谐波进行滤波处理的能力，因此选用了输出端带LC滤波器的单相全桥逆变电路的拓扑结构，以使逆变电路输出高质量的正弦波形。