小型风力机系统的能量管理与运行控制

本论文主要针对小型风力机系统的运行控制策略的研究。小型风力机系统一般功率较小,适用于独立运行。小型风力机系统不同于并网型的风力发电机组,前者捕获的风能应该根据系统的需求调整,而不是越大越好。因此小型风力机的运行要按照负载来控制。 根据小型风力机系统的特点,确定了该系统的主要组成。包括小型风力机、永磁同步发电机(PMSG)、可控硅整流器、buck-boost变换器、蓄电池、逆变器和交流负载。本论文研究的系统在常规的小型风力机系统组成的基础增加了buck-boost直流变换器,提高了系统的运行效率和控制的灵活性。该系统采用并行负载的结构。发电机同时给蓄电池和交流负载供电,或者发电机和蓄电池也可以同时给交流负载供电。这两种工作模式的切换是通过buck-boost变换器来切换。 论文根据充电、放电等不同的情况设计了相应的控制策略。针对交流负载正常工作而蓄电池已充满电的情况,系统的控制策略应该能够满足:当交流负载变化时,风力机捕获的能量能随着交流负载的变化而变化,同时,输入逆变器的电压能保持恒定,从而使得逆变器的输出也保持恒定。 以逆变器输出的电压和220V的差值作为控制信号。设计控制器根据控制信号改变直流变换器和三相可控整流的PWM控制信号。控制的方式采用PI控制。 当负载较大的时候,为了满足负载的需求,系统将进行最大功率点的跟踪控制。对于蓄电池来讲,充电电流会随着加在电池两端的电压的改变而改变,buck-boost电路可以通过改变蓄电池的充电电压进而改变其充电电流。