基于風力發電系統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，風力發電機組發出的電能，經過電能變換裝置調節后，得到用戶負載所需要的交流電，多余的電能經過蓄電池儲存起來；當風速不足時，風力發電機組發出的電能較小或則不發電能，此時由蓄電池發電給電能變換裝置，進而變換后，供給用戶負載；當風力發電機組發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
在直驅風力發電系統中，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運行過程中決定風電轉換的效率，根據風速的變化，負載的變化以及儲能裝置容量的變化，來研究風電系統的控制策略對風力發電系統的穩定運行以及最大化的利用風能有著重要的意義。由于離網型風力發電系統多用于農區、牧區等遠離常規電網的場所，風力發電是主要的供電形式，根據這一地區用戶負載的用電情況，在常規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。當風力發電機運行在切入風速與切出風速之間時，設定風力發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；小于設定閾值時為0狀態，則可列出表1。

在表中開關狀態一行中數值位是“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種狀態分別表示為：T2接通，風機供電；T1，T2接通，風力發電機供電，蓄電池充電；T2，T3接通，風力發電機供電，蓄電池放電；T2，T4接通，風機供電，泄能負載介入；T2，T3接通，風力發電機供電，蓄電池放電；T2接通，風機供電；T2，T3接通，風力發電機供電，蓄電池放電；T2接通，風機供電。
在風力發電系統中，以風力發電機提供電能為主，蓄電池放電為輔，上述幾種形式為風速達到風輪機運轉的切入風速，且未超出切出風速，在穩定的工作風速內，并未提及無風以及風速過大，超出風力發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
護風力發電系統。

3 風電體系下的電能變換電路控制系統設計
3．1 控制系統方案的確定
風力發電機發出的電能電壓為三相交流電，且輸出電壓較低，需經過整流器進行整流，得到的直流電在經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：調節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并抑制高次諧波，完成功率因數的校正，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構，以使逆變電路輸出高質量的正弦波形。