風(fēng)力發(fā)電控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種風(fēng)力發(fā)電控制器，具有連接發(fā)電機(jī)的輸入端口、連接負(fù)載的直流輸出端口、連接蓄電池的蓄電池連接端口，包括主電路和控制電路，主電路包括整流電路、前級(jí)升壓變換電路、穩(wěn)壓電路、后級(jí)升壓變換電路和并聯(lián)在其二極管上的充電開關(guān)，穩(wěn)壓電路吸收蓄電池脈沖充電釋放的負(fù)脈沖，并維持直流輸出端口電壓穩(wěn)定，充電開關(guān)為正脈沖提供充電通道；控制電路包括處理器，處理器接收從主電路獲取的輸入信號(hào)，產(chǎn)生并輸出控制信號(hào)至主電路，處理器通過改變前級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來改變其輸出電流，檢測發(fā)電機(jī)的輸出功率變化以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，處理器通過改變后級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來改變負(fù)脈沖的電流大小。
【專利說明】風(fēng)力發(fā)電控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種小型風(fēng)力發(fā)電控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power Point Tracing, MPPT)技術(shù)和鉛酸蓄電池脈沖充電技術(shù)是小型風(fēng)力發(fā)電中的兩個(gè)重要技術(shù)。MPPT技術(shù)可以使小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不同風(fēng)速條件時(shí)始終有風(fēng)能的最大捕獲率，使輸出的功率達(dá)到最大。鉛酸蓄電池脈沖充電技術(shù)可以改善電池內(nèi)部活性物質(zhì),縮短充電時(shí)間，并延長蓄電池使用期限。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)控制方式簡單進(jìn)行爬山法最大功率點(diǎn)跟蹤，現(xiàn)有離網(wǎng)運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器一般采用的電路拓?fù)錇?發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電進(jìn)入控制器，經(jīng)整流成為直流電后，通過前級(jí)DC/DC變流器進(jìn)入直流母線，再通過逆變器逆變成工頻交流電供負(fù)載使用，而蓄電池則并聯(lián)在直流母線上。在進(jìn)行爬山法MPPT時(shí)，將由蓄電池對(duì)直流母線進(jìn)行鉗壓，保持直流母線電壓穩(wěn)定，然后由前級(jí)DC/DC變流器改變電流輸出實(shí)現(xiàn)。
[0004]然而，現(xiàn)有的鉛酸蓄電池脈沖充電技術(shù)，一般需要在電壓穩(wěn)定的直流母線和蓄電池之間，加入DC/DC變流電路實(shí)現(xiàn)含有正負(fù)脈沖的脈沖充電。顯然，上述的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器的電路拓?fù)?，由于需要蓄電池直接并?lián)在直流母線上，維持直流母線電壓穩(wěn)定，因此無法直接用這種方法進(jìn)行鉛酸蓄電池的脈沖充電，這種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器從而無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)和脈沖充電。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)和脈沖充電的風(fēng)力發(fā)電控制器，且能降低電能消耗，提高效率。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種風(fēng)力發(fā)電控制器，具有連接發(fā)電機(jī)的輸入端口、連接負(fù)載的直流輸出端口、連接蓄電池的蓄電池連接端口，包括主電路和控制電路，所述主電路包括整流電路、前級(jí)升壓變換電路、穩(wěn)壓電路、后級(jí)升壓變換電路、以及并聯(lián)在所述后級(jí)升壓變換電路二極管上的充電開關(guān)，所述穩(wěn)壓電路吸收所述蓄電池脈沖充電過程中釋放的負(fù)脈沖，并維持所述直流輸出端口電壓穩(wěn)定，所述充電開關(guān)為所述蓄電池脈沖充電過程中的正脈沖提供充電通道；所述控制電路包括處理器，所述處理器接收從所述主電路獲取的輸入信號(hào)，產(chǎn)生并輸出控制信號(hào)至所述主電路中，所述處理器通過改變所述前級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來改變所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流，檢測所述發(fā)電機(jī)的輸出功率變化以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，所述處理器通過改變所述后級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來改變所述負(fù)脈沖的電流大小。
[0008]進(jìn)一步，所述整流電路為單相整流橋電路或三相整流橋電路。
[0009]進(jìn)一步，所述處理器輸出的控制信號(hào)包括充電脈沖信號(hào)、所述前級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)、放電脈沖信號(hào)和所述后級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)。
[0010]進(jìn)一步，所述充電脈沖信號(hào)輸出到所述充電開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器，控制所述充電開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)閉。
[0011]進(jìn)一步，所述充電脈沖信號(hào)與所述前級(jí)升壓變換電路的所述脈寬調(diào)制信號(hào)分別連接一與門電路的輸入端，二者經(jīng)所述與門電路耦合后輸出到所述前級(jí)升壓變換電路開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)器，控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)閉。
[0012]進(jìn)一步，所述放電脈沖信號(hào)與所述后級(jí)升壓變換電路的所述脈寬調(diào)制信號(hào)分別連接一與門電路的輸入端，二者經(jīng)所述與門電路耦合后輸出到所述后級(jí)升壓變換電路開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)器，控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)閉。
[0013]進(jìn)一步，所述前級(jí)升壓變換電路的輸入端連接所述整流電路的直流端，其輸出端連接所述直流輸出端口 ；所述后級(jí)升壓變換電路的輸入端連接所述蓄電池，其輸出端連接所述直流輸出端口。
[0014]進(jìn)一步，所述穩(wěn)壓電路為多個(gè)并聯(lián)在一起的大容量電容，所述穩(wěn)壓電路并聯(lián)在所述直流輸出端口上。
[0015]進(jìn)一步，所述輸入信號(hào)包括所述整流電路的輸出電壓和輸出電流，所述直流輸出端口的輸出電壓、所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流、所述蓄電池的電壓和充放電電流。
[0016]進(jìn)一步，所述充電開關(guān)為全控型器件。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)和脈沖充電，電路簡單，工作可靠；且在脈沖充電負(fù)脈沖階段，蓄電池釋放出的電流反饋到大容量電容構(gòu)成的穩(wěn)壓電路中，降低了電能消耗，提高了效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例一的主電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例一的控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電控制器作進(jìn)一步說明。
[0022]本發(fā)明公開了一種風(fēng)力發(fā)電控制器，具有連接發(fā)電機(jī)的輸入端口、連接負(fù)載的直流輸出端口、連接蓄電池的蓄電池連接端口，包括主電路和控制電路，所述主電路包括整流電路、前級(jí)升壓變換電路、穩(wěn)壓電路、后級(jí)升壓變換電路、以及并聯(lián)在所述后級(jí)升壓變換電路二極管上的充電開關(guān)，所述穩(wěn)壓電路吸收所述蓄電池脈沖充電過程中釋放的負(fù)脈沖，并維持所述直流輸出端口電壓穩(wěn)定，所述充電開關(guān)為所述蓄電池脈沖充電過程中的正脈沖提供充電通道；所述控制電路包括處理器，所述處理器接收從所述主電路獲取的輸入信號(hào)，產(chǎn)生并輸出控制信號(hào)至所述主電路中，所述處理器通過改變所述前級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來改變所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流，檢測所述發(fā)電機(jī)的輸出功率變化，以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，所述處理器通過改變所述后級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來改變所述負(fù)脈沖的電流大小。
[0023]所述風(fēng)力發(fā)電控制器的所述整流電路的交流端通過所述輸入端口連接所述發(fā)電機(jī)，所述前級(jí)升壓變換電路的輸入端與所述整流電路的直流端相連，所述前級(jí)升壓變換電路的輸出端與所述直流輸出端口相連。所述后級(jí)升壓變換電路的輸入端通過所述蓄電池連接端口與所述蓄電池相連，所述后級(jí)升壓變換電路的輸出端與所述直流輸出端口相連。所述穩(wěn)壓電路為多個(gè)并聯(lián)在一起的大容量電容，所述穩(wěn)壓電路并聯(lián)在所述直流輸出端口上。所述輸入信號(hào)包括所述整流電路的輸出電壓和輸出電流，所述直流輸出端口的輸出電壓、所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流、所述蓄電池的電壓和充放電電流。所述處理器輸出的控制信號(hào)包括充電脈沖信號(hào)、所述前級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)、放電脈沖信號(hào)和所述后級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)。
[0024]所述充電脈沖信號(hào)輸出到所述充電開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器，控制所述充電開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)閉。所述充電脈沖信號(hào)與所述前級(jí)升壓變換電路的所述脈寬調(diào)制信號(hào)分別連接一與門電路的輸入端，二者經(jīng)所述與門電路耦合后輸出到所述前級(jí)升壓變換電路開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)器，控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)閉。所述放電脈沖信號(hào)與所述后級(jí)升壓變換電路的所述脈寬調(diào)制信號(hào)分別連接一與門電路的輸入端，二者經(jīng)所述與門電路耦合后輸出到所述后級(jí)升壓變換電路開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)器，控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)閉。
[0025]所述整流電路為單相整流橋電路或三相整流橋電路，所述充電開關(guān)、所述前級(jí)升壓變換電路和所述后級(jí)升壓變換電路的開關(guān)管為MOSFET、IGBT、GT0、GTR、IGCT等全控型器件，所述穩(wěn)壓電路還可以是其他電路形式，滿足吸收所述蓄電池脈沖充電過程中釋放的負(fù)脈沖，并維持所述直流輸出端口電壓穩(wěn)定的功能即可。
[0026]實(shí)施例一
[0027]首先，將在本實(shí)施例中出現(xiàn)的一些術(shù)語進(jìn)行簡單的說明。
[0028]升壓變換電路:直流輸出電壓的平均值高于輸入電壓的變換電路稱為升壓變換電路，又叫boost電路。
[0029]占空比是指升壓變換電路中開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間與開關(guān)管的工作周期的比值，例如:脈沖寬度I μ S，信號(hào)周期4μ S的脈沖序列占空比為0.25。
[0030]脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulat1n”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，維持開關(guān)管的工作周期不變，改變開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，輸出電壓波形的周期不變，僅改變脈沖寬度，這就是脈沖寬度調(diào)制(PWM)的基本思想。
[0031]金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管，簡稱金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管(field-effect transistor)。
[0032]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。
[0033]可關(guān)斷晶閘管GT0(Gate Turn-Off Thyristor)亦稱門控晶閘管。其主要特點(diǎn)為，當(dāng)門極加負(fù)向觸發(fā)信號(hào)時(shí)晶閘管能自行關(guān)斷。
[0034]GTR(Giant Transistor),大功率晶體管，是一種耐高電壓、大電流、開關(guān)特性好的雙極結(jié)型晶體管(Bipolar Junct1n Transistor一BJT)。
[0035]IGCT 集成門極換流晶閘管(Intergrated Gate Commutated Thyristors)是一種中壓變頻器開發(fā)的用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導(dǎo)體開關(guān)器件。
[0036]本實(shí)施例中，所述整流電路為三相整流橋電路，所述充電開關(guān)、所述前級(jí)升壓變換電路和所述后級(jí)升壓變換電路中的開關(guān)管均為M0SFET，所述穩(wěn)壓電路為三個(gè)并聯(lián)在一起的大容量電容，所述處理器為單片機(jī)(Microcontooller Unit，又稱單片微控制器，常用英文字母的縮寫MCU表示)，所述蓄電池為鉛酸蓄電池。
[0037]進(jìn)一步地，本實(shí)施例中，所述整流電路與所述前級(jí)升壓變換電路、所述后級(jí)升壓變換電路與所述蓄電池之間分別連接有濾波電路，所述濾波電路用于濾去輸出電壓中的紋波。所述整流電路與所述前級(jí)升壓變換電路之間的濾波電路為并聯(lián)在所述整流電路直流端的濾波電容，所述后級(jí)升壓變換電路與所述蓄電池之間的濾波電路為與所述蓄電池并聯(lián)的電容。
[0038]請(qǐng)參閱圖1和圖2，所述風(fēng)力發(fā)電控制器具有連接發(fā)電機(jī)(未圖示)的輸入端口、連接負(fù)載的直流輸出端口 20、連接所述鉛酸蓄電池12的蓄電池連接端口，包括主電路和控制電路。
[0039]所述主電路包括所述三相整流橋電路1，并聯(lián)在所述三相整流橋電路I直流端的濾波電容2，由電感3、mosfet 4、二極管5構(gòu)成的所述前級(jí)升壓變換電路(前級(jí)boost電路)，并聯(lián)在所述直流輸出端口 20上的由三個(gè)并聯(lián)的大容量電容6構(gòu)成的所述穩(wěn)壓電路，由二極管7、moSfet 9、電感10構(gòu)成的所述后級(jí)升壓變換電路(后級(jí)boost電路)，并聯(lián)在所述后級(jí)升壓變換電路中的所述二極管7上的充電開關(guān)mosfet 8，與所述鉛酸蓄電池12并聯(lián)的電容11。
[0040]請(qǐng)參閱圖1和圖2，所述風(fēng)力發(fā)電控制器的所述整流電路I的交流端通過所述輸入端口連接所述發(fā)電機(jī)，所述前級(jí)升壓變換電路的輸入端與所述三相整流橋電路I的所述直流端相連，所述前級(jí)升壓變換電路的輸出端與所述直流輸出端口 20相連，所述后級(jí)升壓變換電路的輸入端通過所述蓄電池連接端口與所述鉛酸蓄電池12相連，所述后級(jí)升壓變換電路的輸出端與所述直流輸出端口 20相連。由所述大容量電容6構(gòu)成的所述穩(wěn)壓電路吸收所述鉛酸蓄電池12脈沖充電過程中釋放的負(fù)脈沖，并維持所述直流輸出端口 20電壓穩(wěn)定，所述充電開關(guān)mosfet 8為所述鉛酸蓄電池12脈沖充電過程中的正脈沖提供充電通道。
[0041]請(qǐng)參閱圖1和圖2,所述前級(jí)升壓變換電路中所述mosfet 4的柵極通過下拉電阻16連接所述mosfet 4的源極。所述充電開關(guān)mosfet 8的源極與所述后級(jí)升壓變換電路中的所述二極管7的正極相連，其漏極與所述二極管7的負(fù)極相連。所述充電開關(guān)mosfet 8的所述柵極通過下拉電阻17連接所述充電開關(guān)mosfet 8的所述源極。所述后級(jí)升壓變換電路中所述mosfet 9的柵極通過下拉電阻18連接所述mosfet 9的源極。
[0042]請(qǐng)參閱圖1和圖3，所述控制電路包括單片機(jī)13，所述單片機(jī)13接收從所述主電路獲取的輸入信號(hào)，產(chǎn)生并輸出控制信號(hào)至所述主電路中，所述單片機(jī)13通過改變所述前級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來改變所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流，檢測所述發(fā)電機(jī)的輸出功率變化以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，所述處理器通過改變所述后級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來改變所述負(fù)脈沖的電流大小。
[0043]請(qǐng)參閱圖1和圖3,所述單片機(jī)13的輸入信號(hào)包括所述三相整流橋電路I的輸出電壓和輸出電流，所述直流輸出端口 20的輸出電壓、所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流、所述鉛酸蓄電池12的電壓和充放電電流。所述單片機(jī)13輸出的的控制信號(hào)包括充電脈沖信號(hào)、所述前級(jí)升壓變換電路(前級(jí)boost電路)的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)、放電脈沖信號(hào)和所述后級(jí)升壓變換電路(后級(jí)boost電路)的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)。所述充電脈沖信號(hào)輸出到所述充電開關(guān)mosfet 8的驅(qū)動(dòng)器,控制所述充電開關(guān)mosfet 8的導(dǎo)通與關(guān)閉。所述充電脈沖信號(hào)與所述前級(jí)升壓變換電路的所述脈寬調(diào)制信號(hào)分別連接與門電路14的輸入端，經(jīng)所述與門電路14耦合后輸出到所述前級(jí)升壓變換電路中所述mosfet 4的驅(qū)動(dòng)器，控制所述mosfet 4的導(dǎo)通與關(guān)閉。所述放電脈沖信號(hào)與所述后級(jí)升壓變換電路的所述脈寬調(diào)制信號(hào)分別連接與門電路15的輸入端，經(jīng)所述與門電路15耦合后輸出到所述后級(jí)升壓變換電路中所述mosfet 9的驅(qū)動(dòng)器,控制所述mosfet 9的導(dǎo)通與關(guān)閉。
[0044]請(qǐng)參閱圖1、圖2和圖3，本實(shí)施例所述風(fēng)力發(fā)電控制器的原理及工作過程如下:
[0045]為敘述簡便，所述前級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)簡稱為所述前級(jí)boost PWM信號(hào)，所述后級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)簡稱為所述后級(jí)boost PWM信號(hào)。
[0046]1.最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)和脈沖充電正脈沖階段
[0047]所述單片機(jī)13輸出的所述充電脈沖信號(hào)處于高電平時(shí)，所述后級(jí)升壓變換電路的所述二極管7截止，所述充電開關(guān)mosfet 8導(dǎo)通為所述鉛酸蓄電池12脈沖充電過程中的正脈沖提供充電通道，所述前級(jí)升壓變換電路由所述前級(jí)boost PWM信號(hào)控制，處于工作狀態(tài)。所述放電脈沖信號(hào)處于低電平，所述后級(jí)升壓變換電路停止工作，此時(shí)所述發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電經(jīng)過整流后，通過所述前級(jí)升壓變換電路后直接為所述鉛酸蓄電池12充電和供給負(fù)載，所述直流輸出端口 20由所述鉛酸蓄電池12鉗壓。
[0048]這時(shí)，可采取爬山算法，通過改變前級(jí)boost PWM信號(hào)的占空比來改變所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流，檢測所述發(fā)電機(jī)的輸出功率變化，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)0
[0049]爬山法的基本原理是利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率-轉(zhuǎn)速曲線的單峰值特征，通過使轉(zhuǎn)速沿一個(gè)方向發(fā)生一個(gè)小的擾動(dòng)《step，然后計(jì)算所述發(fā)電機(jī)的輸出功率的變化ΛΡ，如果ΔΡ為正，則繼續(xù)沿同一方向?qū)D(zhuǎn)速添加擾動(dòng)《step，反之沿相反方向加入擾動(dòng)，直到所述發(fā)電機(jī)的輸出功率達(dá)到峰值，完成最大功率點(diǎn)的跟蹤。其基本算法公式為
[0050]ω ref (η) = ω ref (η-1) +sign ( Δ P) sign ( Δ ω) Qstep
[0051]在所述風(fēng)力發(fā)電控制器最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)和脈沖充電正脈沖階段，所述直流輸出端口 20由所述鉛酸蓄電池12鉗壓，當(dāng)所述前級(jí)boost PWM信號(hào)的占空比增大時(shí)，所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流增大，反之所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流減小。由此改變所述發(fā)電機(jī)的輸出功率，原來所述發(fā)電機(jī)的輸入功率和輸出功率之間的平衡被打破，風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速就發(fā)生改變，直到所述發(fā)電機(jī)的輸入功率和輸出功率達(dá)到新的平衡。改變所述前級(jí)boost PWM信號(hào)的占空比后，就相當(dāng)于使所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生擾動(dòng)，然后測量所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流和電壓，計(jì)算所述發(fā)電機(jī)的輸出功率的變化ΛΡ，按上述爬山算法不斷改變所述前級(jí)boost PWM信號(hào)的占空比，直到所述發(fā)電機(jī)的輸出功率達(dá)到峰值，完成最大功率點(diǎn)跟蹤。
[0052]期間，所述后級(jí)升壓變換電路中的所述電感10與所述鉛酸蓄電池12前端的所述電容11構(gòu)成LC濾波器。
[0053]2.脈沖充電間歇階段
[0054]在正脈沖和負(fù)脈沖之間的間歇期，所述充電脈沖信號(hào)和所述放電脈沖信號(hào)均處于低電平，所述前級(jí)升壓變換電路和所述后級(jí)升壓變換電路都停止工作，所述直流輸出端口20由三個(gè)并聯(lián)的所述大容量電容6構(gòu)成的所述穩(wěn)壓電路維持電壓。
[0055]3.脈沖充電負(fù)脈沖階段
[0056]所述單片機(jī)13輸出的所述充電脈沖信號(hào)處于低電平時(shí)，所述充電開關(guān)mosfet 8關(guān)斷，所述前級(jí)升壓變換電路停止工作。所述放電脈沖信號(hào)處于高電平，所述后級(jí)升壓變換電路由所述后級(jí)boost PWM信號(hào)控制，處于工作狀態(tài)。所述鉛酸蓄電池12通過所述后級(jí)升壓變換電路升壓，向所述直流輸出端口 20釋放一個(gè)短促的電流較大的負(fù)脈沖。由三個(gè)并聯(lián)的所述大容量電容6構(gòu)成的所述穩(wěn)壓電路用于吸收所述負(fù)脈沖，維持所述直流輸出端口 20電壓穩(wěn)定。
[0057]這時(shí)，改變所述后級(jí)boost PWM信號(hào)的占空比，可以改變負(fù)脈沖的脈沖深度(即放電電流大小)。
[0058]在所述風(fēng)力發(fā)電控制器脈沖充電負(fù)脈沖階段，所述前級(jí)升壓變換電路停止工作，其中的所述二極管5防止電流從所述直流輸出端口 20向所述前級(jí)升壓變換電路反向流動(dòng)。所述充電開關(guān)mosfet 8關(guān)斷，所述后級(jí)升壓變換電路的升壓作用使電流由所述鉛酸蓄電池12向所述直流輸出端口 20流動(dòng)。
[0059]由于所述直流輸出端口 20上并聯(lián)的所述大容量電容6的電容值大，而且所述負(fù)脈沖的時(shí)間短促，可以認(rèn)為所述直流輸出端口 20具有很小的阻抗，并且保持不變。根據(jù)boost升壓電路的原理，當(dāng)增加所述后級(jí)boost PWM信號(hào)的占空比時(shí)，所述鉛酸蓄電池12經(jīng)過所述后級(jí)升壓變換電路后的輸出電壓增加。輸出電壓增加而阻抗不變，則所述鉛酸蓄電池12輸出到所述直流輸出端口 20的電流增加，即放電電流增加，所述負(fù)脈沖的脈沖深度加大，反之亦然。
[0060]4.脈沖充電間歇階段
[0061]在負(fù)脈沖和下一個(gè)正脈沖之間的間歇期，所述充電脈沖信號(hào)和所述放電脈沖信號(hào)均處于低電平，所述前級(jí)升壓變換電路和所述后級(jí)升壓變換電路都停止工作，所述直流輸出端口 20由由三個(gè)并聯(lián)的所述大容量電容6構(gòu)成的所述穩(wěn)壓電路維持電壓。
[0062]本發(fā)明所述風(fēng)力發(fā)電控制器在上述四個(gè)階段交替循環(huán)進(jìn)行，完成所述鉛酸蓄電池12的脈沖充電。同時(shí)由于間歇階段和負(fù)脈沖階段的時(shí)間要比正脈沖的時(shí)間短很多，所以仍能在脈沖充電過程中，通過改變所述前級(jí)boost PWM信號(hào)占空比來進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤和脈沖充電的糅合。
[0063]本實(shí)施例中，所述風(fēng)力發(fā)電控制器3個(gè)mosfet柵極上的下拉電阻可以保證所述控制電路未工作時(shí)，各個(gè)mosfet不會(huì)導(dǎo)通導(dǎo)致短路。當(dāng)所述控制電路未工作時(shí)，mosfet由于靜電等原因可能處于導(dǎo)通狀態(tài)。例如，當(dāng)所述后級(jí)升壓變換電路中的所述mosfet 9在所述控制電路未工作而處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述鉛酸蓄電池12和所述后級(jí)升壓變換電路中的所述電感10、所述mosfet 9就構(gòu)成了直通回路而短路。當(dāng)加入所述下拉電阻18后，當(dāng)所述控制電路未工作時(shí)，所述mosfet 9的所述柵極的電壓就會(huì)被下拉至所述源極的電壓水平，所述mosfet 9被關(guān)斷,從而防止短路意外的發(fā)生。
[0064]本實(shí)施例所述風(fēng)力發(fā)電控制器具有以下有益效果:
[0065]1.所述風(fēng)力發(fā)電控制器能同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)和脈沖充電，電路簡單，工作可靠，使MPPT技術(shù)和鉛酸蓄電池脈沖充電技術(shù)在小型風(fēng)力發(fā)電中的優(yōu)勢得到同時(shí)發(fā)揮。
[0066]2.在所述脈沖充電負(fù)脈沖階段，所述鉛酸蓄電池12釋放出的電流反饋到并聯(lián)在所述直流輸出端口 20的所述大容量電容6構(gòu)成的所述穩(wěn)壓電路中，而不是用電阻消耗掉，降低了電能消耗，提高了所述風(fēng)力發(fā)電控制器的效率。
[0067]3.所述控制電路中，充電脈沖信號(hào)、放電脈沖信號(hào)和PWM信號(hào)通過外部與門電路耦合，所述單片機(jī)13可以對(duì)各路信號(hào)單獨(dú)控制，MPPT控制和脈沖充電控制互不干擾，大大簡化了所述單片機(jī)13的控制。
[0068]當(dāng)然，本發(fā)明并不限于此，在其他實(shí)施例中，所述整流電路也可為單相整流橋電路，所述充電開關(guān)、所述前級(jí)升壓變換電路和所述后級(jí)升壓變換電路中的開關(guān)管也可為IGBT, GT0, GTR、IGCT等全控型器件，所述穩(wěn)壓電路可以是由其他數(shù)目的所述大容量電容6并聯(lián)在一起，還可以是以其他電路形式，達(dá)到吸收所述蓄電池釋放的負(fù)脈沖，并維持所述直流輸出端口 20電壓穩(wěn)定的功能，所述蓄電池也可采用其他類型的蓄電池。
[0069]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者根據(jù)有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，均應(yīng)該在由本權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電控制器，具有連接發(fā)電機(jī)的輸入端口、連接負(fù)載的直流輸出端口、連接蓄電池的蓄電池連接端口，其特征在于:包括主電路和控制電路，所述主電路包括整流電路、前級(jí)升壓變換電路、穩(wěn)壓電路、后級(jí)升壓變換電路、以及并聯(lián)在所述后級(jí)升壓變換電路二極管上的充電開關(guān)，所述穩(wěn)壓電路吸收所述蓄電池脈沖充電過程中釋放的負(fù)脈沖，并維持所述直流輸出端口電壓穩(wěn)定，所述充電開關(guān)為所述蓄電池脈沖充電過程中的正脈沖提供充電通道；所述控制電路包括處理器，所述處理器接收從所述主電路獲取的輸入信號(hào)，產(chǎn)生并輸出控制信號(hào)至所述主電路中，所述處理器通過改變所述前級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來改變所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流，檢測所述發(fā)電機(jī)的輸出功率變化以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，所述處理器通過改變所述后級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來改變所述負(fù)脈沖的電流大小。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電控制器，其特征在于:所述整流電路為單相整流橋電路或三相整流橋電路。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電控制器，其特征在于:所述處理器輸出的控制信號(hào)包括充電脈沖信號(hào)、所述前級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)、放電脈沖信號(hào)和所述后級(jí)升壓變換電路的脈寬調(diào)制信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電控制器，其特征在于:所述充電脈沖信號(hào)輸出到所述充電開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器，控制所述充電開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)閉。
5.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電控制器，其特征在于:所述充電脈沖信號(hào)與所述前級(jí)升壓變換電路的所述脈寬調(diào)制信號(hào)分別連接一與門電路的輸入端，二者經(jīng)所述與門電路耦合后輸出到所述前級(jí)升壓變換電路開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)器，控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)閉。
6.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電控制器，其特征在于:所述放電脈沖信號(hào)與所述后級(jí)升壓變換電路的所述脈寬調(diào)制信號(hào)分別連接一與門電路的輸入端，二者經(jīng)所述與門電路耦合后輸出到所述后級(jí)升壓變換電路開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)器，控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)閉。
7.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電控制器，其特征在于:所述前級(jí)升壓變換電路的輸入端連接所述整流電路的直流端，其輸出端連接所述直流輸出端口 ；所述后級(jí)升壓變換電路的輸入端連接所述蓄電池，其輸出端連接所述直流輸出端口。
8.如權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電控制器，其特征在于:所述穩(wěn)壓電路為多個(gè)并聯(lián)在一起的大容量電容，所述穩(wěn)壓電路并聯(lián)在所述直流輸出端口上。
9.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電控制器，其特征在于:所述輸入信號(hào)包括所述整流電路的輸出電壓和輸出電流，所述直流輸出端口的輸出電壓、所述前級(jí)升壓變換電路的輸出電流、所述蓄電池的電壓和充放電電流。
10.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電控制器，其特征在于:所述充電開關(guān)為全控型器件。
【文檔編號(hào)】G05F1/67GK104348389SQ201310341611
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】歐寶星, 傅秀聰, 吳池力, 趙汝恒, 黃俊偉, 李躍鵬, 朱龍潛 申請(qǐng)人:廣州市香港科大霍英東研究院