專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器和充電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器和充電控制方法，可以有效擴(kuò)展風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的可利用風(fēng)速范圍。
背景技術(shù)：
如圖1所^為現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制電路方框示意圖。 其中，圖1所示的風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的變頻、變 壓的交流電整流成直流電，然后通過充電控制裝置，將該直流電向蓄電池 充電，逆變器將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)變成工頻交流電供負(fù)載使用。
由于現(xiàn)有鉛酸蓄電池的充放電特性，通常要求控制充電電流為蓄電池
容量的5%-30%之間，也即0.05C-0.3C (C為蓄電池容量)，相對應(yīng)的充電 電壓為12-14.25伏，以20安時12伏的鉛酸蓄電池為例，相對應(yīng)的較理想 的充電電壓范圍為12-14.25伏。
如下表1所示是現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)額定輸出電壓和風(fēng)力發(fā)電 機(jī)充電控制器的輸出電壓的比例關(guān)系
發(fā)電機(jī)額定輸出電壓(AC)9v18v36v81v
充電控制器輸出電壓(DC)12v24v48v110 v
由于風(fēng)力發(fā)電特有的風(fēng)力大小的不確定性，在不同時候風(fēng)速高低相差 較大，而永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓高低和風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速成正比，當(dāng) 風(fēng)速越高時，發(fā)電機(jī)的輸出電壓也越高，反之越低。
如圖5、圖6分別為風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速和轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速和電壓的關(guān)系圖。圖
2是電壓與風(fēng)速的關(guān)系圖。區(qū)域I是可充電風(fēng)速范圍，區(qū)域II是卸荷區(qū)。
從圖中可以看出，適合蓄電池充電所對應(yīng)的風(fēng)速范圍較窄，即，如果想 獲得較高風(fēng)速時充電電壓，就必須放棄較低的風(fēng)速區(qū)段；如果想獲得較低 風(fēng)速時充電電壓，在風(fēng)速較高時就必須進(jìn)行卸荷(將所發(fā)的電通過電阻消 耗)，降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用風(fēng)能的效果，比如，如圖2所示，如果希望在4m/s風(fēng)速時達(dá)到充電電壓，在風(fēng)速大于8米/秒就必須通過卸荷龜阻進(jìn)行卸 荷，在較高風(fēng)速時風(fēng)能被浪費了。因此采用如圖1方式的現(xiàn)有充電控制器和充電控制方法，其可利用的風(fēng) 能范圍較窄。如圖3是，用另一種現(xiàn)有方法的穩(wěn)壓電路的充電控制電路方框示意 圖，即該種風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的變頻、變壓的交流電 整流成直流電，然后通過充電控制裝置，以穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓后，然后將 該直流電向蓄電池充電，逆變器將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)變成工頻交流電供負(fù) 載使用。-如圖5、圖6分別為風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速和轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速和電壓的關(guān)系圖。 圖4是電壓與風(fēng)速的關(guān)系圖。區(qū)域I是可充電風(fēng)速范圍，區(qū)域II是卸荷區(qū)， 區(qū)域ni是升壓區(qū)。從圖中可以看出，雖然此種充電控制器使充電的風(fēng)速范 圍擴(kuò)大了，但由于在低風(fēng)速時風(fēng)輪轉(zhuǎn)速低，發(fā)電機(jī)的輸出電壓也很低，當(dāng) 對低電壓進(jìn)行穩(wěn)壓時等于升壓，升壓電路不僅本身要消耗功率，而且升壓 將使電流降低(升壓不升功率)，電流的降低仍然使控制器無法向蓄電池充 電。如圖4所示，比如當(dāng)風(fēng)速在4米/秒時， 一臺300瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出 功率通常只有10瓦左右，電壓僅僅幾伏，如果要將幾瓦的電能電壓提升到 12或者24伏，意味著電流下降50%或者更多，因此在實際應(yīng)用中缺乏對 蓄電池的充電能力。,此外，現(xiàn)有技術(shù)中，針對逆變器的發(fā)明創(chuàng)造，如中國實用新型專利，授權(quán)公告號為CN2328122Y,名稱為《風(fēng)力、太陽能發(fā)電專用控制逆變 器》；中國實用新型專利，授權(quán)公告號為CN276638Y,名稱為《風(fēng)力及太陽 能發(fā)電自動控制逆變器》；中國實用新型專利，授權(quán)公告號為CN2279730Y， 名稱為《太陽能風(fēng)力發(fā)電兩用充電逆變器》；針對升壓裝置的發(fā)明創(chuàng)造，如 中國實用新型專利，授權(quán)公告號為CN2888722Y，名稱為《風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 升壓裝置》；針對控制器的發(fā)明創(chuàng)造，如中國實用新型專利，授權(quán)公告號為 CN2679388Y，名稱為《風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器》；以及針對送變裝置的發(fā)明創(chuàng) 造，如中國發(fā)明專利，授權(quán)公告號為CN1119850C，名稱為《一種提高風(fēng) 力發(fā)電能量利用率的送變電裝置》，上述發(fā)明創(chuàng)造不斷對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的充電 控制方法進(jìn)行T改進(jìn)和創(chuàng)新，但卻未進(jìn)一步擴(kuò)大風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可利用風(fēng)速 范圍。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，克服上述現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制 方法上的缺陷，提出一種新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器和充電控制方法， 可以有效擴(kuò)展風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可利用風(fēng)速范圍，本發(fā)明可在垂直軸、水平軸 風(fēng)力發(fā)電機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器，包括中央控制單元電路，其特征在于， 還包括連接有斬波電路。一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制方法，是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的變頻、變壓的 交流電通過整流電路整流成直流電，在整流電路后增加包括連接有斬波電 路的充電控制器，然后將該直流電向蓄電池充電，逆變器將蓄電池中的電
能轉(zhuǎn)變成工頻交流電供負(fù)載使用。上述斬波電路是降壓斬波電路(即貝克(BUCK)電路)，即設(shè)置的斬波電壓v，保持整流后輸出電壓不超過設(shè)定值v。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器和充電控制方法，在本發(fā)明中通過貝 克電路斬波電壓的設(shè)置，可以改變充電控制器的最大輸出電壓范圍，也可 以通過斬波電壓的設(shè)置，改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用蓄電池的數(shù)量。本發(fā)明的風(fēng) 力發(fā)電機(jī)充電控制器，可保持恒定的充電電壓，同時提高充電電流，提高 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可用風(fēng)速范圍。本發(fā)明將在下面結(jié)合附圖及具體實施方式
進(jìn)行描述。
圖1是現(xiàn)有的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制電路方框示意圖。圖2是圖1中風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓與風(fēng)速的關(guān)系示意圖。圖3是現(xiàn)有的另一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制電路方框示意圖。圖4是圖3中風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓與風(fēng)速的關(guān)系示意圖。圖5是風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速和轉(zhuǎn)速關(guān)系示意圖。圖6是風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電壓關(guān)系示意圖。圖7是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制電路方框示意圖。圖8是本發(fā)明的電壓與風(fēng)速的關(guān)系示意圖。
具體實施方式
通過下面給出的本發(fā)明的具體實施例可以進(jìn)一步清楚地了解本發(fā)明， 但它們不是對本發(fā)明的限定。圖7是本發(fā)明的充放電控制電路方框示意圖。是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的變頻、
變壓的交流電通過整流電路整流成直流電，在整流電路后面增加一降壓 斬波貝克(BUCK)電路，基本斬波電路的電路聯(lián)接形式、原理和輸入輸出關(guān)系，可參見機(jī)械工業(yè)出版社2004年6月第2版出版的《電氣工程師手 冊》第263 264頁，第3章電力電子電路3.3斬波電路，斬波電路采用了 現(xiàn)有技牢的內(nèi)容，在此不作詳述。以該斬波電路設(shè)置所需的斬波電壓V， 保持整流后輸出電壓不超過設(shè)定值V，然后將該直流電向蓄電池充電，逆 變器將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)變成工頻交流電供負(fù)載使用。由于本發(fā)明中發(fā)電機(jī)的額定輸出電壓較高，在低風(fēng)速時無需升壓就可 以達(dá)到蓄電池的充電電壓向蓄電池充電，而在高風(fēng)速區(qū)段，由于風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 提高，發(fā)電機(jī)的輸出電壓也較高，高于蓄電池需要的最大充電電壓，此時 通過設(shè)置所需的斬波電壓，當(dāng)整流后的電壓高于所設(shè)置的斬波電壓后，貝 克電路對輸出電壓進(jìn)行斬波(斬波不斬功率)，可以降低控制器的充電電壓， 使控制器保持恒定的充電電壓，同時提高充電電流，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可 用風(fēng)速范圍，在本發(fā)明中通過斬波電壓的設(shè)置，可以改變充電控制器的最 大輸出電壓范闊，也即可以通過斬波電壓的設(shè)置，改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用蓄 電池的數(shù)量。在本發(fā)明中，發(fā)電機(jī)的額定輸出電壓比傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)額定輸出電壓高， 如表2所示發(fā)電機(jī)額定輸出電壓(AC)16v31v90v200v本發(fā)明充電控制器輸出電壓(DC)12v24v48v110v盡管對本發(fā)明已經(jīng)作了詳細(xì)的說明并引證了一些具體實施例，但對本 領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明人的設(shè)計思路和范圍也可作各 種變化和修正是顯然的。
權(quán)利要求
1、一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器，包括中央控制單元電路，其特征在于，還包括連接有斬波電路。
2、 一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制方法，是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的變頻、 變壓的交流電通過整流電路整流成直流電，其特征在于，在整流電路 后增加包括連接有斬波電路的充電控制器，然后將該直流電向蓄電池 充電，逆變器將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)變成工頻交流電供負(fù)載使用。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器，其特征在于， 所述斬波電路是降壓斬波電路。
4、 根據(jù)&利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制方法，其特征在于， 所述斬波電路是降壓斬波電路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器，其特征在于， 所述的降壓斬波電路，設(shè)置的斬波電壓V，保持整流后輸出電壓不超 過設(shè)定值V。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制方法，其特征在于， 所述的降壓斬波電路，設(shè)置的斬波電壓V，保持整流后輸出電壓不超 過設(shè)定值V。
全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電控制器和充電控制方法，可以有效擴(kuò)展風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可利用風(fēng)速范圍，本發(fā)明是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的變頻、變壓的交流電通過整流電路整流成直流電，在整流電路后增加包括連接有斬波電路的充電控制器，然后將該直流電向蓄電池充電，逆變器將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)變成工頻交流電供負(fù)載使用。在本發(fā)明中通過貝克電路斬波電壓的設(shè)置，可以改變控制器的最大輸出電壓范圍，也可以通過斬波電壓的設(shè)置，改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用蓄電池的數(shù)量。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器，可保持恒定的充電電壓，同時提高充電電流，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可用風(fēng)速范圍。
文檔編號H02J7/14GK101127452SQ200710147359
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者強(qiáng) 嚴(yán) 申請人:強(qiáng) 嚴(yán)