独立运行小型风力发电机

一、项目概述

1.1 引言

能源 、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。能源的发展按照可持续发展战略原则，在开发利用常规能源的同时，应更加注重开发利用对生态有利的新型能源，如风能、太阳能、潮汐能、水能等。风力发电由于清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经济效益和社会效益，已受到世界各国政府的高度重视。中国陆地风能资源的理论开发值为3226 GW，近海风能是陆地的3倍，50m高区域风能是l0m高区域的2倍,风能资源十分丰富。因此,风力发电是我国未来能源发展的一个重要方向。在风力发电系统中，为了保证风力发电机输出稳定电能，控制器的合理设计是十分重要的。

独立运行的小型风力发电系统由于不需要并网发电，系统输出必须随着负载的变化而变化，由于风能的随机性和不稳定性以及负载的变化大大地增加了系统的复杂性。研究控制系统的目的就是尽量保持系统的输出在我们希望的范围之内。在独立运行小型风力发电系统中风速和负载作为输入是不断变化的，因此系统应该通过调节来适应风速变化，满足负载需要，并使整个系统运行在安全合理的范围之内。 

1.2 项目背景/选题动机

风力发电由于清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经济效益和社会效益，已受到世界各国政府的高度重视

二、需求分析

2.1 功能要求

蓄电池是整个风电系统中较薄弱的环节而且运行周期短，这就给小型风电系统的推广使用造成了一定难度。所以在独立运行风电系统有不同于其它系统的控制特点，其特殊性表现在:

（1)受风能的随机性和不稳定性的影响，需要用电的时候不一定有风，不需要用电的时候风速可能很大，并且捕获的风能大于负载用电量时，可能造成风力机转速过大，导致飞车;电流过大，导致发电机过载，烧毁线圈;

（2)蓄电池的充电电源来自于风力发电机，但风力发电系统的设计发电量是有限的，容易造成低风速时，蓄电池欠充;高风速时，蓄电池过充。

对系统的控制应达到以下几点要求:

1、能够跟踪最大功率;（风力发电机组的最大功率跟踪控制）

2、使风力发电机组的输出功率与负载功率相匹配;

3、对蓄电池合理充电，防止过充或过放;（蓄电池组的优化控制策略）

2.2 性能要求

对系统的控制应达到以下几点要求:

1、能够跟踪最大功率;（风力发电机组的最大功率跟踪控制）

2、使风力发电机组的输出功率与负载功率相匹配;

3、对蓄电池合理充电，防止过充或过放;（蓄电池组的优化控制策略）

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理（除图片外需有文字介绍）

系统硬件结构框图

本文提出的风力发电系统结构,如图2所示，实现了负载跟踪和充放电集成控制.它主要包括风力机、三相永磁同步发电机、桥式整流器、DC/DC变换器、蓄电池、逆变器、驱动电路以及控制系统几个组成部分.风力机驱动永磁同步发电机发电,所发出的交流电经整流后给蓄电池充电或供给负载;逆变器将蓄电池或斩波器输出的直流电变换成交流电供负载使用;DC/DC变换器用来改变风力发电机的负载特性,调节发电机输出功率和控制蓄电池充放电;卸荷负载用来保护风力发电机组.

3.2 硬件平台选用及资源配置

主控制器用Atmega，驱动器件用TC4427E,辅助电源用UC3845.

3.3系统软件架构

3.4 系统软件流程（除图片外需有文字介绍）

人为地施加转速扰动变化量,根据发电机输出功率的变化确定风机转速的控制增量,通过控制发电机电磁转矩使得风机转速趋于给定,反复执行上述搜索策略,直到风电系统运行在最大功率点。由于不同风速下,风机的转速—功率曲线呈类抛物线关系,搜索法通过不断改变风机转速控制风电系统的运行点沿抛物线变化, 直到自动搜索到发电机的最优转速点。

3.5 系统预计实现结果

1、能够跟踪最大功率;（风力发电机组的最大功率跟踪控制）

2、使风力发电机组的输出功率与负载功率相匹配;

3、对蓄电池合理充电，防止过充或过放;（蓄电池组的优化控制策略）

在独立运行小型风力发电系统中风速和负载作为输入是不断变化的，因此系统应该通过调节来适应风速变化，满足负载需要，并使整个系统运行在安全合理的范围之内,保证风力发电机输出稳定电能。