一種微風(fēng)啟動發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種微風(fēng)啟動發(fā)電裝置，將風(fēng)機(jī)的輸出端與整流模塊的輸入端連接，將整流模塊的輸出端分兩路分別與BOOST升壓電路輸入端、PID控制器的輸入及反饋輸入控制端連接；整流模塊與PID控制器的連接電路上分一路與泄放電路輸入端連接；BOOST升壓電路的輸出端分兩路分別與蓄電池輸入端和負(fù)載電路的輸入端連接；蓄電池輸出端一路連接在BOOST升壓電路和負(fù)載電路之間的連接電路上，另一路與PID控制器輸出控制端連接；PID控制器的輸入及反饋輸入控制端分別與BOOST升壓電路輸入端、泄放電路輸入端連接。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)小型風(fēng)機(jī)的微風(fēng)啟動，推廣應(yīng)用范圍更廣；此外，本實(shí)用新型的蓄電池使用壽命更長。
【專利說明】—種微風(fēng)啟動發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型屬于風(fēng)電裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種微風(fēng)啟動發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]中國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)能資源總儲量達(dá)到32.26億千瓦，其中可開發(fā)利用約10億千瓦，其中包括陸地上10米高度層風(fēng)能資源儲量2.53億千瓦，海上風(fēng)能儲量7.5億千瓦，風(fēng)能開發(fā)利用空間巨大。
[0003]風(fēng)速決定了風(fēng)能的大小,適宜風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)速在3?20m/s之間。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)適合平均風(fēng)速在6m/s或者更高的風(fēng)能，只有這樣才能保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益。一般獨(dú)立小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動風(fēng)速較低，在3m/s及以上就可以發(fā)電。在我國適合小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電的地區(qū)分布廣泛，廣大的僻遠(yuǎn)山區(qū)、海島和牧區(qū)都是這種地區(qū)，約占我國陸地面積的40%，這說明我國有充分的自然條件發(fā)展離網(wǎng)型小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0004]小型風(fēng)電主要用于安裝在沒有通電的地區(qū)，或者通電比較困難的地區(qū)，保證這些地方的生活及少部分生產(chǎn)電力供應(yīng)。這些地區(qū)主要是我國偏遠(yuǎn)的農(nóng)村、牧區(qū)、湖泊、島均等地區(qū)，而這些地區(qū)往往是大電網(wǎng)無法覆蓋到的，小型風(fēng)電作為離網(wǎng)型電源很好解決了這些地區(qū)無電、缺電的困難。
[0005]小型風(fēng)電除了給僻遠(yuǎn)山區(qū)、內(nèi)陸湖泊、近海養(yǎng)殖的農(nóng)牧漁民服務(wù)之外，近年來，作為綠色能源應(yīng)用越來越廣泛。它作為離網(wǎng)型電源還可以給邊遠(yuǎn)地區(qū)的哨所、海防、氣象站、導(dǎo)航燈塔、海島、電視轉(zhuǎn)播站、通訊基地供電。另外小型風(fēng)電也被廣泛應(yīng)用到家庭、公園、路邊照明等公共設(shè)施當(dāng)中，如風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)作為街道、公園等地方的照明用電源；監(jiān)控?zé)?、路?biāo)指示燈等各種指示燈電源。
[0006]但是，對于目前小型風(fēng)電而言，由于發(fā)電效率低，不能實(shí)現(xiàn)3m/s以下速度的微風(fēng)啟動，且對蓄電池保護(hù)不周，影響蓄電池壽命，極大的限制了小型風(fēng)電廣大范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種微風(fēng)啟動發(fā)電裝置，旨在解決目前小型風(fēng)電發(fā)電效率低、蓄電池壽命短的問題。
[0008]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種微風(fēng)啟動發(fā)電裝置，包括風(fēng)機(jī)，整流模塊，蓄電池，負(fù)載電路，用于提高輸入電壓的BOOST升壓電路，用于給所述蓄電池提供能量消耗通路的泄放電路，以及PID控制器；
[0009]所述風(fēng)機(jī)的輸出端與整流模塊的輸入端連接，所述整流模塊的輸出端分兩路分別與BOOST升壓電路輸入端、PID控制器的輸入及反饋輸入控制端連接；所述整流模塊與PID控制器的連接電路上分一路與泄放電路輸入端連接；所述BOOST升壓電路的輸出端分兩路分別與蓄電池輸入端和負(fù)載電路的輸入端連接；所述蓄電池輸出端分兩路，其中一路連接在BOOST升壓電路和負(fù)載電路之間的連接電路上，另一路與PID控制器輸出控制端連接；
[0010]所述PID控制器的輸入及反饋輸入控制端分兩路分別與BOOST升壓電路輸入端、泄放電路輸入端連接。
[0011]優(yōu)選地，所述微風(fēng)啟動發(fā)電裝置還包括太陽能電池板；其中，所述太陽能電池板的輸出端分三路，其中兩路分別與PID控制器輸出控制端、蓄電池輸入端連接，第三路連接在BOOST升壓電路和負(fù)載電路之間的連接電路上；
[0012]所述太陽能電池板與PID控制器的連接電路上分一路與泄放電路輸入端連接。
[0013]優(yōu)選地，所述BOOST升壓電路包括隔離電路、開關(guān)MOS管Q2、開關(guān)MOS管Q3、電感L1、肖特基二極管D14、電容Cl、電容C2電容C3、電阻R2?R4、電阻R7、以及功率MOSFET驅(qū)動器Ul:A ；
[0014]所述隔離電路的輸出端與電容Cl的輸出端并聯(lián)后分一路與電感LI輸入端連接，再分一路與電容C2的輸入端連接，所述電容C2分一路與電阻R7輸入端連接，所述電感LI輸出端分兩路分別與肖特基二極管D14和開關(guān)MOS管Q3柵極輸入端連接；所述開關(guān)MOS管Q3源極公共端連接在電阻R7的輸出線路上，漏極輸出端分兩路分別與電阻R3和電阻R2的輸入端連接，所述電阻R3的輸出端連接在電阻R7的輸出線路上；所述電阻R2的輸出線路上依次串聯(lián)功率MOSFET驅(qū)動器Ul:A和電阻R4 ;所述肖特基二極管D14的輸出線路上分一路與電容C3的輸入端連接，所述電容C3的輸出端依次連接在電阻R2與功率MOSFET驅(qū)動器Ul:A之間的連接線路、電阻R7的輸出線路上后接地。
[0015]優(yōu)選地，所述隔離電路包括并聯(lián)的肖特基二極管D11、肖特基二極管D12、肖特基二極管D13，所述肖特基二極管D11、肖特基二極管D12、肖特基二極管D13的輸出端并聯(lián)后與電容Cl的輸出端連接。
[0016]優(yōu)選地，所述PID控制器為PIC18F4520MCU。
[0017]本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微風(fēng)啟動發(fā)電裝置，通過將風(fēng)機(jī)的輸出端與整流模塊的輸入端連接，將整流模塊的輸出端分兩路分別與BOOST升壓電路輸入端、PID控制器的輸入及反饋輸入控制端連接；整流模塊與PID控制器的連接電路上分一路與泄放電路輸入端連接；B00ST升壓電路的輸出端分兩路分別與蓄電池輸入端和負(fù)載電路的輸入端連接；蓄電池輸出端一路連接在BOOST升壓電路和負(fù)載電路之間的連接電路上，另一路與PID控制器輸出控制端連接；PID控制器的輸入及反饋輸入控制端分別與BOOST升壓電路輸入端、泄放電路輸入端連接。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)小型風(fēng)機(jī)的微風(fēng)啟動，推廣應(yīng)用范圍更廣；此外，本實(shí)用新型的蓄電池使用壽命更長。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型的微風(fēng)啟動發(fā)電裝置的各元器件的連接關(guān)系示意圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型中BOOST升壓電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0021]一種微風(fēng)啟動發(fā)電裝置，如圖1所示，包括用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的風(fēng)機(jī)，整流模塊，蓄電池，負(fù)載電路，用于提高輸入電壓的BOOST升壓電路，用于給所述蓄電池提供能量消耗通路的泄放電路，以及PID控制器；
[0022]所述風(fēng)機(jī)的輸出端與整流模塊的輸入端連接，所述整流模塊的輸出端分兩路分別與BOOST升壓電路輸入端、PID控制器輸入與反饋輸入控制端(PIC18f4520的采樣端(AD采樣))連接；所述整流模塊與PID控制器的連接電路上分一路與泄放電路輸入端連接；所述BOOST升壓電路的輸出端分兩路分別與蓄電池輸入端和負(fù)載電路的輸入端連接；所述蓄電池輸出端分兩路，其中一路連接在BOOST升壓電路和負(fù)載電路之間的連接電路上，另一路與PID控制器輸出端(PIC18f4520的PWMl端)連接；
[0023]所述PID控制器的輸入與反饋輸入控制端分兩路(PIC18f4520的PWMl和PWM2端)分別與BOOST升壓電路輸入端、泄放電路輸入端連接。
[0024]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，上述泄放電路結(jié)構(gòu)詳見參考文獻(xiàn):“新型靜電泄放保護(hù)電路設(shè)計(jì)方法《半導(dǎo)體學(xué)報(bào)》2007年07期王源陳中建賈嵩魯文高傅一玲吉利久”，整流模塊電路結(jié)構(gòu)詳見參考文獻(xiàn):“《電力用高頻開關(guān)整流模塊》，作者:本社編，出版社:花山文藝，出版時(shí)間:2002-1-1, ISBN:155083495”，負(fù)載電路電路結(jié)構(gòu)詳見參考文獻(xiàn):“《電阻性負(fù)載電路參數(shù)的計(jì)算》，作者:張靜文，出版社:機(jī)械工業(yè)出版社，出版時(shí)間:2010-09”。
[0025]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，利用PIC18F4520MCU作為核心控制器件，把PID控制與模糊控制相結(jié)合，可以取二者的優(yōu)點(diǎn)，避其缺點(diǎn)。既有前者控制精度高、消除穩(wěn)態(tài)誤差的優(yōu)點(diǎn)，又具有構(gòu)成方便的特點(diǎn)。調(diào)節(jié)PID控制器(使用PID算法的反饋電路結(jié)構(gòu)制造的控制器稱為PID控制器)三個(gè)參數(shù)的模糊規(guī)則:系統(tǒng)PID控制器的三個(gè)參數(shù)Kp、K1、Kd與系統(tǒng)的偏差e、偏差變化率ec之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)的模糊自調(diào)理PID控制器為二維模糊控制器，包含兩個(gè)輸入三個(gè)輸出此二維模糊控制器的輸入為實(shí)際空氣污濁度與設(shè)定空氣污濁度的偏差e及其變化率ec。經(jīng)過模糊控制處理后，利用自調(diào)理模糊規(guī)則實(shí)時(shí)在線調(diào)整常規(guī)PID控制器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高效的風(fēng)機(jī)發(fā)電控制和系統(tǒng)的微風(fēng)啟動。
[0026]此外，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，蓄電池是整個(gè)系統(tǒng)的儲能核心，蓄電池的使用壽命決定了整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。本實(shí)用新型采用24V85AH的鉛酸蓄電池。蓄電池充電控制是核心，當(dāng)蓄電池充滿后，卸放電路自動卸荷(電荷池滿載則多余電荷經(jīng)電阻Rl泄放掉)，防止蓄電池過充，對蓄電池進(jìn)行保護(hù)。
[0027]當(dāng)遭遇極端天氣時(shí)，由于風(fēng)力較大，風(fēng)機(jī)輸出電壓和電流瞬間變大，且變化幅度較大，會對蓄電池甚至整個(gè)系統(tǒng)造成傷害，此時(shí)開啟卸放電路，進(jìn)行風(fēng)機(jī)剎車，另外針對影響蓄電池使用壽命的關(guān)鍵參數(shù)，自動檢測蓄電池關(guān)鍵參數(shù)，到達(dá)浮充電壓后，嚴(yán)格控制(電荷池滿載則多余電荷經(jīng)電阻Rl泄放掉)充電電壓；蓄電池處于均充狀態(tài)時(shí)，嚴(yán)格控制(電荷池不滿載則多余電荷存儲進(jìn)蓄電池)充電電流，防止蓄電池過充；蓄電池處于放電狀態(tài)時(shí)，嚴(yán)格控制(電荷池不夠外放則負(fù)載電阻Rl對外空載)放電電壓，防止蓄電池過放。
[0028]在進(jìn)一步的實(shí)施過程中，為了能充分利用太陽能發(fā)電，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，如圖1所示，所述微風(fēng)啟動發(fā)電裝置還包括太陽能電池板；其中，所述太陽能電池板的輸出端分三路，其中兩路分別與PID控制器輸入與反饋輸入控制端、蓄電池輸入端連接，第三路連接在BOOST升壓電路和負(fù)載電路之間的連接電路上；所述太陽能電池板與PID控制器的連接電路上分一路與泄放電路輸入端連接。
[0029]在進(jìn)一步的實(shí)施過程中，為了達(dá)到小型風(fēng)機(jī)的微風(fēng)啟動(lm/s風(fēng)即可啟動)的目的，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，對Boost升壓電路進(jìn)行了改進(jìn)，所述BOOST升壓電路，如圖2所示，包括隔離電路、開關(guān)MOS管Q2、開關(guān)MOS管Q3、電感L1、肖特基二極管D14、電容Cl、電容C2電容C3、電阻R2?R4、電阻R7、以及功率MOSFET驅(qū)動器Ul:A ；
[0030]所述隔離電路包括肖特基二極管Dl1、肖特基二極管D12、肖特基二極管D13，所述肖特基二極管D11、肖特基二極管D12、肖特基二極管D13的輸入端分別與風(fēng)機(jī)的輸出端U、V、W端口連接，且輸出端并聯(lián)；U、V、W端口是風(fēng)機(jī)的發(fā)電輸出端。
[0031]所述隔離電路的輸出端與電容Cl的輸出端并聯(lián)后分三路，一路與電感LI輸入端連接，又一路與電容C2的輸入端連接，另一路與W端口連接，該W端口用于輸入電流檢測，與PIC控制器22端連接連接；電容Cl的輸入端與GND-M端口連接。
[0032]所述電容C2分兩路，一路與電阻R7輸入端連接，另一路與WCS_端口連接，WCS-端口用于輸入電壓檢測，與PIC控制器24端連接連接；
[0033]所述電阻R7的輸出端末端分兩路分別與BTA—和WCS +端口連接；BTA _和WCS +端口用于輸入電壓檢測，其中，WCS+與PIC控制器24端連接連接，BTA-與蓄電池連接。
[0034]所述電感LI輸出端分兩路分別與肖特基二極管D14和開關(guān)MOS管Q3柵極輸入端連接；
[0035]所述開關(guān)MOS管Q3源極公共端連接在電阻R7的輸出線路上，漏極輸出端分兩路分別與電阻R3和電阻R2的輸入端連接；
[0036]所述電阻R3的輸出端連接在電阻R7的輸出線路上；
[0037]所述電阻R2的輸出線路上依次串聯(lián)功率MOSFET驅(qū)動器Ul:A和電阻R4 ;所述電阻R4與PIC控制器36端口連接；PIC控制器36端口為控制器信號輸入輸出引腳。
[0038]所述肖特基二極管D14的輸出線路上分兩路，一路與電容C3的輸入端連接，一路與PW+端口連接；PW+端口為風(fēng)機(jī)直流發(fā)電輸出端，可用于給外部設(shè)備供電。
[0039]所述電容C3的輸出端依次連接在電阻R2與功率MOSFET驅(qū)動器Ul:A之間的連接線路、電阻R7的輸出線路上后接地。
[0040]在本實(shí)用新型實(shí)際應(yīng)用過程中，當(dāng)Q2的MOS開關(guān)管閉合后，電感LI將電能轉(zhuǎn)換為磁場能儲存起來，當(dāng)Q2的MOS斷開后電感將儲存的磁場能轉(zhuǎn)換為電場能，且這個(gè)能量在和輸入電源電壓疊加后通過D11、D12、D13肖特基二極管和C1、C2、C3的電容的濾波后得到平滑的直流電壓提供給電池負(fù)載，由于這個(gè)電壓是輸入電源電壓和電感的磁場能轉(zhuǎn)換為電能的疊加后形成的，所以輸出電壓高于輸入電壓，既升壓過程的完成。
[0041]DlU D12、D13肖特基二極管組成隔離電路在MOS開關(guān)管閉合時(shí)，肖特基二極管的正極電壓比負(fù)極電壓低，此時(shí)二極管反偏截止，使此電感的儲能過程不影響輸出端電容對負(fù)載的正常供電；因在Q2的MOS管斷開時(shí)，兩種疊加后的能量通過二極向負(fù)載供電，此時(shí)二極管正向?qū)ǎ笃湔驂航翟叫≡胶?，盡量使更多的能量供給到負(fù)載端。
[0042]相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型具有以下有益效果:本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)小型風(fēng)機(jī)的微風(fēng)啟動(lm/s風(fēng)即可啟動)，推廣應(yīng)用范圍更廣；此外，本實(shí)用新型的蓄電池使用壽命更長。
[0043]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微風(fēng)啟動發(fā)電裝置，其特征在于，包括風(fēng)機(jī)，整流模塊，蓄電池，負(fù)載電路，用于提高輸入電壓的BOOST升壓電路，用于給所述蓄電池提供能量消耗通路的泄放電路，以及PID控制器； 所述風(fēng)機(jī)的輸出端與整流模塊的輸入端連接，所述整流模塊的輸出端分兩路分別與BOOST升壓電路輸入端、PID控制器的輸入及反饋輸入控制端連接；所述整流模塊與PID控制器的連接電路上分一路與泄放電路輸入端連接；所述BOOST升壓電路的輸出端分兩路分別與蓄電池輸入端和負(fù)載電路的輸入端連接；所述蓄電池輸出端分兩路，其中一路連接在BOOST升壓電路和負(fù)載電路之間的連接電路上，另一路與PID控制器輸出控制端連接； 所述PID控制器的輸入及反饋輸入控制端分兩路分別與BOOST升壓電路輸入端、泄放電路輸入端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的微風(fēng)啟動發(fā)電裝置，其特征在于，所述微風(fēng)啟動發(fā)電裝置還包括太陽能電池板；其中，所述太陽能電池板的輸出端分三路，其中兩路分別與PID控制器輸出控制端、蓄電池輸入端連接，第三路連接在BOOST升壓電路和負(fù)載電路之間的連接電路上； 所述太陽能電池板與PID控制器的連接電路上分一路與泄放電路輸入端連接。
3.如權(quán)利要求2所述的微風(fēng)啟動發(fā)電裝置，其特征在于，所述BOOST升壓電路包括隔離電路、開關(guān)MOS管Q2、開關(guān)MOS管Q3、電感L1、肖特基二極管D14、電容Cl、電容C2電容C3、電阻R2?R4、電阻R7、以及功率MOSFET驅(qū)動器Ul:A ； 所述隔離電路的輸出端與電容Cl的輸出端并聯(lián)后分一路與電感LI輸入端連接，再分一路與電容C2的輸入端連接，所述電容C2分一路與電阻R7輸入端連接，所述電感LI輸出端分兩路分別與肖特基二極管D14和開關(guān)MOS管Q3柵極輸入端連接；所述開關(guān)MOS管Q3源極公共端連接在電阻R7的輸出線路上，漏極輸出端分兩路分別與電阻R3和電阻R2的輸入端連接，所述電阻R3的輸出端連接在電阻R7的輸出線路上；所述電阻R2的輸出線路上依次串聯(lián)功率MOSFET驅(qū)動器Ul:A和電阻R4 ;所述肖特基二極管D14的輸出線路上分一路與電容C3的輸入端連接，所述電容C3的輸出端依次連接在電阻R2與功率MOSFET驅(qū)動器Ul:A之間的連接線路、電阻R7的輸出線路上后接地。
4.如權(quán)利要求3所述的微風(fēng)啟動發(fā)電裝置，其特征在于，所述隔離電路包括并聯(lián)的肖特基二極管Dl1、肖特基二極管D12、肖特基二極管D13，所述肖特基二極管Dl1、肖特基二極管D12、肖特基二極管D13的輸出端并聯(lián)后與電容Cl的輸出端連接。
5.如權(quán)利要求4所述的微風(fēng)啟動發(fā)電裝置，其特征在于，所述PID控制器為PIC18F4520MCU。
【文檔編號】H02J7/35GK204258416SQ201420726996
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】張華衛(wèi), 李楠, 李強(qiáng), 申東
申請人:蘭州交通大學(xué)