CN102694384B - 风力发电机控制器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机控制器及控制方法，解决的技术问题是风力发电机输出功率精确控制的问题。一种风力发电机控制器，包括：采样电路，采样负载端的电气信息，将采样信号传送到谐波控制电路；谐波控制电路，接收采样电路的采样信号，根据采样信号监测负载的供电状态，输出谐波控制信号到谐波注入电路；谐波注入电路，耦接到风力发电机的绕组，接收谐波控制电路的谐波控制信号，并根据所述谐波控制信号调节注入风力发电机绕组的谐波。本发明的风力发电机控制器能够高精度控制风力发电机的输出电压及功率，并且省去了体积庞大的卸荷器。

Description

风力发电机控制器及控制方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种风力发电机控制器及一种风力发电机控制方法。

背景技术

能源短缺已成为全世界共同面对的首要问题，风能作为清洁能源受到各国的高度重视。我国拥有丰富的风能资源，风力发电设备制造业及相关领域的市场前景十分广阔。

现有的风力发电机控制器，必须配有卸荷器。当风大或电池充满后，采用对风力发电机功率卸载的方式控制风力发电机的输出功率，通常情况下，卸荷器功率为风力发电机功率的2倍。上述方法中，卸荷器主要由功率电阻组成，通过功率电阻对风力发电机多余的能量卸载，因此工作时卸荷器的温度可能高达200度以上，而且大功率风力发电机的控制器，所需要配备的卸荷器体积庞大，占用空间大，安全可靠性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的风力发电机控制器通过卸荷器实现对风力发电机输出功率的控制，卸荷器占用空间大，安全可靠性差。

为了实现上述目的，本发明提供了一种风力发电机控制器，包括：采样电路、谐波控制电路和谐波注入电路，其中：所述采样电路，用于采样负载端的电气信息，将采样信号传送到所述谐波控制电路；所述谐波控制电路，用于接收所述采样信号，根据所述采样信号监测负载的供电状态，输出谐波控制信号到谐波注入电路；所述谐波注入电路，用于耦接到风力发电机的绕组，接收谐波控制电路的谐波控制信号，并根据所述谐波控制信号调节注入风力发电机绕组的谐波。

可选地，所述谐波注入电路耦接到风力发电机的任一相绕组、任两相绕组或三相绕组。

可选地，所述谐波注入电路包括可控开关，一端耦接到所述风力发电机绕组，另一端耦接到地电位，可控开关的控制端耦接到所述谐波控制电路，根据所述谐波控制信号导通和关断。

可选地，还包括隔离电路；所述谐波控制电路通过所述隔离电路耦接到所述可控开关的控制端。

可选地，所述谐波控制电路包括：比较电路，用于将所述采样信号与基准电压相比较，根据比较结果输出谐波控制信号以控制风力发电机的制动，增大谐波控制信号的脉冲宽度以增大制动作用，减小谐波控制信号的脉冲宽度以减小制动作用。

可选地，所述可控开关为N型MOSFET晶体管，所述N型MOSFET晶体管的门极耦接到所述谐波控制电路、漏极耦接到所述风力发电机绕组、源极耦接到地电位。

本发明还提供了一种风力发电机控制方法，包括以下步骤：

通过采样负载端的电气信息监测负载端的供电状态；

根据采样信号来调节风力发电机的磁阻；其中，通过增大风力发电机的磁阻以增大制动作用，通过减小风力发电机的磁阻以减小制动作用。

可选地，向风力发电机中任一相绕组、任两相绕组或三相绕组注入谐波来调节风力发电机的磁阻。

可选地，通过可控开关将所述绕组耦接到地电位，增大注入谐波时，增大可控开关的导通时间；减小注入谐波时，减小可控开关的导通时间。

可选地，通过N型MOSFET晶体管将所述绕组耦接到地电位。

本发明的有益效果是：

(1)通过调节风力发电机的磁阻实现制动，从而实现对风力发电机输出功率的高精度控制；

(2)根据负载的供电状态实时调节风力发电机的转速，控制精度极高；

(3)省去了卸荷器，节省了空间，提高了安全可靠性及稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的风力发电机控制器的电路框图；

图2为本发明的风力发电机控制器一个实施例的电路图；

图3为本发明的风力发电机控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的风力发电机控制器的电路框图。

如图1所示，风力发电机101将风能转化为交流电能，通过整流电路102将交流电能转换成直流电能提供给负载103。例如，负载103可以包括蓄电池，从整流电路102接收直流电能进行充电；再例如，负载103可以包括并网逆变器和电网，通过并网逆变器将直流电能回馈到电网。

当风力发电机101遇到输出功率多余、需要进行卸载的状况时，例如风力突然增大时，或者蓄电池负载充电结束时，通过控制器104对风力发电机101进行制动操作。控制器104包括采样电路105、谐波控制电路106和谐波注入电路107。

采样电路105采样负载103上的电气信息，输出采样信号到谐波控制电路106，例如采样电路105采样负载103上的电压，输出电压采样信号到谐波控制电路106，采样电路104还可以采样负载103上的电流或者功率等电气信息。

谐波控制电路106接收采样电路105的采样信号，根据采样信号监测负载103的供电状态，当供电状态改变时，输出谐波控制信号到谐波注入电路107，控制谐波注入电路107向风力发电机101的绕组注入谐波。

谐波注入电路107耦接到风力发电机101的绕组，接收来自控制器106的谐波控制信号，根据谐波控制信号调节注入风力发电机绕组的谐波，注入的谐波破坏了风力发电机绕组之间的电流平衡，导致风力发电机绕组的磁阻发生变化，磁阻会阻碍风力发电机转子的转动，从而实现对风力发电机的制动控制。

例如负载是蓄电池的情况，当蓄电池充电结束后，蓄电池两端的电压会升高。采样电路104对蓄电池两端的电压进行采样，传送到控制器106的电压采样信号也会升高。谐波控制电路106根据电压采样信号输出谐波控制信号，谐波注入电路107向风力发电机101增大注入谐波，产生的磁阻也相应地增大，阻碍风力发电机转子的转动，实现对风力发电机的制动控制，进而实现对风力发电机输出功率的精确控制。

图2为本发明的风力发电机控制器一个实施例的电路图。

如图2所示，风力发电机201输出AC1、AC2、AC3三相交流电能，通过三相全桥整流电路202的整流，输出直流电能到负载203。控制器204包括采样电路205、谐波控制电路206和谐波注入电路207。谐波注入电路207包括可控开关208，可控开关208的一端耦接到风力发电机201的任一相绕组，可控开关208的另一端耦接到地电位，控制端耦接到谐波控制电路206，地电位是由风力发电机201中任两相绕组经过整流得到的。图2中的可控开关208为N型MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)晶体管，MOSFET晶体管的漏极耦接到风力发电机201的AC3相绕组，源极耦接到地电位，门极耦接到谐波控制电路206，接收谐波控制信号，根据谐波控制信号控制N型MOSFET晶体管的导通和关断。谐波控制电路206包括比较电路(图2中未示出)，比较电路将采样信号与基准电压相比较，当采样信号大于基准电压时，需要增大制动作用，增大谐波控制信号的脉冲宽度；当采样信号小于基准电压时，需要减小制动作用，减小谐波控制信号的脉冲宽度。由于MOSFET晶体管的导通和关断，电流谐波被注入到AC3相绕组，导致AC1、AC2、AC3三相绕组电流不平衡，进而导致风力发电机201磁阻的变化。谐波控制信号的脉冲宽度增大时，N型MOSFET晶体管的导通时间增大，风力发电机的磁阻增大；谐波控制信号的脉冲宽度减小时，N型MOSFET晶体管的导通时间减小，风力发电机的磁阻减小。通过对注入风力发电机201的谐波的控制，实现了对风力发电机转子的制动控制，进而精确控制风力发电机的输出功率。

根据本发明的风力发电机控制器一个实施例，控制器204也可以包括两个谐波注入电路，分别耦接到风力发电机201的任两相绕组；或者，控制器204包括三个谐波注入电路，分别耦接到风力发电机201的三相绕组。本领域技术人员可以根据本发明的教导选用任何合适的谐波注入电路向风力发电机的绕组注入谐波，以达到破坏风力发电机三相绕组电流平衡的作用，进而导致风力发电机的磁阻发生变化，实现风力发电机转子的制动。

本实施例中，制动器204还包括隔离电路(图2中未示出)，谐波控制电路206通过隔离电路耦接到可控开关208的控制端，以实现更稳定的控制效果，保证可控开关208可靠的导通和关断。

本实施例中的可控开关208为MOSFET晶体管仅为示意性的，本领域技术人员可以选用任何合适的可控开关进行谐波注入的操作。

图3为本发明的风力发电机控制方法的流程图。

如图3所示，本发明的风力发电机控制方法包括以下步骤：

步骤(a)，通过采样负载端的电气信息监测负载端的供电状态；

步骤(b)，根据采样信号来调节风力发电机的磁阻，当需要增加制动作用时，增大风力发电机的磁阻；当需要减小制动作用时，减小风力发电机的磁阻。

在步骤(a)中，可以采样负载端的电压、电流或者功率等电气信息来监测负载端的供电状态。

步骤(b)中，通过向风力发电机中任一相绕组、任两相绕组或三相绕组注入谐波来调节风力发电机的磁阻。谐波的注入破坏了风力发电机绕组之间电流的平衡，导致发电机磁阻的变化，进而实现对发电机转子的制动，精确控制风力发电机输出的功率。

对发电机转子的制动控制，可以将采样信号与基准电压相比较，当采样信号大于基准电压时，需要增加制动作用，增大向风力发电机注入谐波，发电机的磁阻增大；当采样信号小于基准电压时，需要减小制动作用，减小向风力发电机注入谐波，发电机的磁阻减小，通过改变磁阻的大小，实现对发电机制动的控制。

向风力发电机注入谐波的操作，可以将发电机绕组通过可控开关耦接到地电位，控制可控开关的导通和关断就可以实现向发电机绕组注入谐波。增大注入谐波时，增大可控开关的导通时间；减小注入谐波时，减小可控开关的导通时间。例如可控开关可以是N型MOSFET晶体管。

例如负载为蓄电池的情况，当蓄电池完成充电后，风力发电机的输出功率会出现过量，蓄电池两端的电压会上升，采样信号也会上升，将采样信号与基准电压相比较，当采样信号大于基准电压时，需要增加制动作用，增大向风力发电机注入谐波；当采样信号小于基准电压时，需要减小制动作用，减小向风力发电机注入谐波。

本领域技术人员还可以通过其他方式向风力发电机注入谐波，以达到破坏风力发电机绕组之间电流平衡的作用，进而调节风力发电机磁阻，实现对风力发电机转子的制动控制，精确控制风力发电机的输出功率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风力发电机控制器，其特征在于，包括采样电路、谐波控制电路和谐波注入电路，其中：

所述采样电路，用于采样负载端的电气信息，将采样信号传送到所述谐波控制电路；

所述谐波控制电路，用于接收所述采样信号，根据所述采样信号监测负载的供电状态，输出谐波控制信号到谐波注入电路；

所述谐波注入电路，用于耦接到风力发电机的绕组，接收谐波控制电路的谐波控制信号，并根据所述谐波控制信号调节注入风力发电机绕组的谐波；

所述谐波注入电路耦接到风力发电机的任一相绕组、任两相绕组或三相绕组；

所述谐波注入电路包括：可控开关，一端耦接到所述风力发电机绕组，另一端耦接到地电位，可控开关的控制端耦接到所述谐波控制电路，根据所述谐波控制信号导通和关断；

隔离电路；所述谐波控制电路通过所述隔离电路耦接到所述可控开关的控制端；

所述谐波控制电路包括：比较电路，用于将所述采样信号与基准电压相比较，根据比较结果输出谐波控制信号以控制风力发电机的制动，增大谐波控制信号的脉冲宽度以增大制动作用，减小谐波控制信号的脉冲宽度以减小制动作用。

2.如权利要求1所述的风力发电机控制器，其特征在于，所述可控开关为N型MOSFET晶体管，所述N型MOSFET晶体管的门极耦接到所述谐波控制电路、漏极耦接到所述风力发电机绕组、源极耦接到地电位。

3.一种风力发电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过采样负载端的电气信息监测负载端的供电状态；

根据采样信号向风力发电机中任一相绕组、任两相绕组或三相绕组注入谐波来调节风力发电机的磁阻；其中，通过增大风力发电机的磁阻以增大制动作用，通过减小风力发电机的磁阻以减小制动作用。

4.如权利要求3所述的风力发电机控制方法，其特征在于，通过可控开关将所述绕组耦接到地电位，增大注入谐波时，增大可控开关的导通时间；减小注入谐波时，减小可控开关的导通时间。

5.如权利要求4所述的风力发电机控制方法，其特征在于，通过N型MOSFET晶体管将所述绕组耦接到地电位。