獨立運行小型風力發(fā)電機

一、項目概述

1.1 引言

能源 、環(huán)境是當今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。能源的發(fā)展按照可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略原則，在開發(fā)利用常規(guī)能源的同時，應(yīng)更加注重開發(fā)利用對生態(tài)有利的新型能源，如風能、太陽能、潮汐能、水能等。風力發(fā)電由于清潔無污染，施工周期短，投資靈活，占地少，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，已受到世界各國政府的高度重視。中國陸地風能資源的理論開發(fā)值為3226 GW，近海風能是陸地的3倍，50m高區(qū)域風能是l0m高區(qū)域的2倍,風能資源十分豐富。因此,風力發(fā)電是我國未來能源發(fā)展的一個重要方向。在風力發(fā)電系統(tǒng)中，為了保證風力發(fā)電機輸出穩(wěn)定電能，控制器的合理設(shè)計是十分重要的。

獨立運行的小型風力發(fā)電系統(tǒng)由于不需要并網(wǎng)發(fā)電，系統(tǒng)輸出必須隨著負載的變化而變化，由于風能的隨機性和不穩(wěn)定性以及負載的變化大大地增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。研究控制系統(tǒng)的目的就是盡量保持系統(tǒng)的輸出在我們希望的范圍之內(nèi)。在獨立運行小型風力發(fā)電系統(tǒng)中風速和負載作為輸入是不斷變化的，因此系統(tǒng)應(yīng)該通過調(diào)節(jié)來適應(yīng)風速變化，滿足負載需要，并使整個系統(tǒng)運行在安全合理的范圍之內(nèi)。

1.2 項目背景/選題動機

風力發(fā)電由于清潔無污染，施工周期短，投資靈活，占地少，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，已受到世界各國政府的高度重視

二、需求分析

2.1 功能要求

蓄電池是整個風電系統(tǒng)中較薄弱的環(huán)節(jié)而且運行周期短，這就給小型風電系統(tǒng)的推廣使用造成了一定難度。所以在獨立運行風電系統(tǒng)有不同于其它系統(tǒng)的控制特點，其特殊性表現(xiàn)在:

（1)受風能的隨機性和不穩(wěn)定性的影響，需要用電的時候不一定有風，不需要用電的時候風速可能很大，并且捕獲的風能大于負載用電量時，可能造成風力機轉(zhuǎn)速過大，導致飛車;電流過大，導致發(fā)電機過載，燒毀線圈;

（2)蓄電池的充電電源來自于風力發(fā)電機，但風力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計發(fā)電量是有限的，容易造成低風速時，蓄電池欠充;高風速時，蓄電池過充。

對系統(tǒng)的控制應(yīng)達到以下幾點要求:

1、能夠跟蹤最大功率;（風力發(fā)電機組的最大功率跟蹤控制）

2、使風力發(fā)電機組的輸出功率與負載功率相匹配;

3、對蓄電池合理充電，防止過充或過放;（蓄電池組的優(yōu)化控制策略）

2.2 性能要求

對系統(tǒng)的控制應(yīng)達到以下幾點要求:

1、能夠跟蹤最大功率;（風力發(fā)電機組的最大功率跟蹤控制）

2、使風力發(fā)電機組的輸出功率與負載功率相匹配;

3、對蓄電池合理充電，防止過充或過放;（蓄電池組的優(yōu)化控制策略）

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理（除圖片外需有文字介紹）

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

本文提出的風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu),如圖2所示，實現(xiàn)了負載跟蹤和充放電集成控制.它主要包括風力機、三相永磁同步發(fā)電機、橋式整流器、DC/DC變換器、蓄電池、逆變器、驅(qū)動電路以及控制系統(tǒng)幾個組成部分.風力機驅(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變換器用來改變風力發(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;卸荷負載用來保護風力發(fā)電機組.

3.2 硬件平臺選用及資源配置

主控制器用Atmega，驅(qū)動器件用TC4427E,輔助電源用UC3845.

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.4 系統(tǒng)軟件流程（除圖片外需有文字介紹）

人為地施加轉(zhuǎn)速擾動變化量,根據(jù)發(fā)電機輸出功率的變化確定風機轉(zhuǎn)速的控制增量,通過控制發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩使得風機轉(zhuǎn)速趨于給定,反復(fù)執(zhí)行上述搜索策略,直到風電系統(tǒng)運行在最大功率點。由于不同風速下,風機的轉(zhuǎn)速—功率曲線呈類拋物線關(guān)系,搜索法通過不斷改變風機轉(zhuǎn)速控制風電系統(tǒng)的運行點沿拋物線變化, 直到自動搜索到發(fā)電機的最優(yōu)轉(zhuǎn)速點。

3.5 系統(tǒng)預(yù)計實現(xiàn)結(jié)果

1、能夠跟蹤最大功率;（風力發(fā)電機組的最大功率跟蹤控制）

2、使風力發(fā)電機組的輸出功率與負載功率相匹配;

3、對蓄電池合理充電，防止過充或過放;（蓄電池組的優(yōu)化控制策略）

在獨立運行小型風力發(fā)電系統(tǒng)中風速和負載作為輸入是不斷變化的，因此系統(tǒng)應(yīng)該通過調(diào)節(jié)來適應(yīng)風速變化，滿足負載需要，并使整個系統(tǒng)運行在安全合理的范圍之內(nèi),保證風力發(fā)電機輸出穩(wěn)定電能。

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