專利名稱：：一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)我國(guó)的戶用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(50W1000W)的生產(chǎn)與推廣有了很大發(fā)展。截止1997年在全國(guó)推廣應(yīng)用的戶用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組保有量已經(jīng)突破13.6萬(wàn)臺(tái)，總裝機(jī)容量16.5麗，解決了約13多萬(wàn)戶照明、看電視、聽(tīng)廣播的用電問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)按照風(fēng)力機(jī)的形式劃分，可以分為水平軸和垂直軸。無(wú)論是哪種形式，主要均是通過(guò)逆變控制直接向電網(wǎng)傳輸電能，中間環(huán)節(jié)沒(méi)有能量存儲(chǔ)設(shè)備。這類系統(tǒng)只能根據(jù)外部條件進(jìn)行風(fēng)能與電能的轉(zhuǎn)換，并沒(méi)有對(duì)風(fēng)力機(jī)所發(fā)電能進(jìn)行合理的規(guī)劃和協(xié)調(diào)，從而提高電能的利用率。所以，目前國(guó)內(nèi)的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本上沒(méi)有能量?jī)?chǔ)備環(huán)節(jié)，即無(wú)蓄電池設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種帶有能量?jī)?chǔ)備環(huán)節(jié)能夠帶來(lái)良好經(jīng)濟(jì)效益的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。本發(fā)明為解決其問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是—種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，包括[OOOS]風(fēng)力機(jī)以及在風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)下工作的風(fēng)力發(fā)電機(jī)；整流電路，其輸入端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端連接；逆變電路，其輸入端通過(guò)直流母線與整流電路的輸出端連接，輸出端與電網(wǎng)和/或負(fù)載相連；還包括蓄電池組、充電電路、放電電路、充電控制器以及放電控制器，所述蓄電池組分別通過(guò)充電電路和放電電路與直流母線連接，所述充電控制器與充電電路連接，所述放電控制器與放電電路連接。優(yōu)選的是，所述充電控制器為模糊滑模充電控制器，所述模糊滑模充電器的輸入端接收充電電壓檢測(cè)值與充電電壓參考值之間的比較信號(hào)以及蓄電池組的充電電流檢測(cè)值與充電電流參考值之間的比較信號(hào)，輸出端與充電電路連接。優(yōu)選的是，所述放電控制器為模糊滑模放電控制器，所述模糊滑模放電控制器的輸入端接收直流母線的母線電壓檢測(cè)值與母線電壓參考值之間的比較信號(hào)，輸出端與放電電路連接。本發(fā)明的有益效果是該系統(tǒng)在原有的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中加入能量?jī)?chǔ)備環(huán)節(jié)-蓄電池組，并且加入充電控制器、放電控制器等對(duì)蓄電池組進(jìn)行合理控制和設(shè)置，使小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)所發(fā)電能能夠在電能緊缺的時(shí)候供給電網(wǎng)或根據(jù)負(fù)載情況對(duì)電能進(jìn)行存儲(chǔ)，從而提高小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能利用率，拓寬其應(yīng)用面，為用戶帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明圖1為本發(fā)明的電路原理框圖。具體實(shí)施例方式參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，包括風(fēng)力機(jī)以及在風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)下工作的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)力機(jī)可以采用水平軸或垂直軸風(fēng)力機(jī)，用于捕獲風(fēng)能，并將其轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以采用永磁同步發(fā)電機(jī)，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為頻率隨風(fēng)速改變的交流電能；整流電路，其輸入端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端連接，整流電路可以采用三相不可控整流電路，為了能夠提供更加穩(wěn)定的高效直流電，三相不可控整流電路后端還可以接有DC/DC變換電路，如BOOST電路等，三相不可控整流電路將頻率不穩(wěn)定的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，并輸送到BOOST電路的低壓端，BOOST電路將低壓且不穩(wěn)定的直流電能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的高壓電能，并輸送到直流母線上；逆變電路，其輸入端通過(guò)直流母線與整流電路的輸出端連接，輸出端與電網(wǎng)和/或負(fù)載相連，逆變電路將直流母線上的直流電壓重新轉(zhuǎn)換為適合負(fù)載和電網(wǎng)使用的穩(wěn)定交流電；蓄電池組、充電電路、放電電路、充電控制器以及放電控制器，所述蓄電池組分別通過(guò)充電電路和放電電路與直流母線連接，所述充電控制器與充電電路連接，所述放電控制器與放電電路連接。直流母線上的直流能量在向蓄電池組、電網(wǎng)和/或負(fù)載供應(yīng)時(shí)，一般按以下的優(yōu)先順序執(zhí)行當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量大于負(fù)載所需電量，直流母線穩(wěn)定在所需電壓條件時(shí)，直流母線通過(guò)充電電路對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量小于負(fù)載所需電量，蓄電池組有電量?jī)?chǔ)備時(shí)，蓄電池組通過(guò)放電電路向直流母線提供能量，蓄電池組儲(chǔ)存的電能傳輸給負(fù)載和電網(wǎng)。為了更好地對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電控制，充電控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的先恒流充電后恒壓充電的兩階段充電控制。即當(dāng)蓄電池組需要進(jìn)行充電時(shí)，蓄電池組的充電電流保持恒定，所述蓄電池組保持恒流充電狀態(tài)直到端電壓升高到兩階段之間的切換電壓值；當(dāng)蓄電池組端電壓升高到切換電壓值時(shí)，蓄電池組在恒定充電電壓下進(jìn)行恒壓充電，直到蓄電池組的充電電流減小到一定值后完成充電過(guò)程。為了能夠利用上述的控制策略進(jìn)行控制，本發(fā)明優(yōu)選的是采用模糊滑模充電控制器，模糊滑模充電器的輸入端接收充電電壓檢測(cè)值與充電電壓參考值之間的比較信號(hào)以及蓄電池組的充電電流檢測(cè)值與充電電流參考值之間的比較信號(hào)，輸出端與充電電路連接。以下對(duì)模糊滑?？刂频睦碚撨M(jìn)行描述。(1)滑模變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)模態(tài)具有完全自適應(yīng)性，這是滑模變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的最突出優(yōu)點(diǎn)，也是它得到重視主要原因。任一實(shí)際系統(tǒng)中都有一些不確定參數(shù)，變化參數(shù)，數(shù)學(xué)描述也總具有不準(zhǔn)確性，還受到外部環(huán)境的擾動(dòng)，從而建立起一個(gè)簡(jiǎn)單的一般線性的模型，但受到一種攝動(dòng)的系統(tǒng)。對(duì)攝動(dòng)來(lái)說(shuō)，它可能很復(fù)雜如包括很多項(xiàng)、數(shù)學(xué)表達(dá)發(fā)展、甚至不確定等等。但是，由于可以構(gòu)造變結(jié)構(gòu)控制，使得這樣的攝動(dòng)對(duì)于滑動(dòng)模態(tài)完全不發(fā)生影響，即使滑動(dòng)模態(tài)對(duì)于攝動(dòng)具有完全自適應(yīng)性。這樣，我們就可以解決十分復(fù)雜的系統(tǒng)鎮(zhèn)定問(wèn)題?；？刂凭褪峭ㄟ^(guò)不間斷的來(lái)回切換控制量，使系統(tǒng)總是約束在切換面上，然后系統(tǒng)的狀態(tài)自動(dòng)地滑動(dòng)到原點(diǎn)，這是一個(gè)本質(zhì)問(wèn)題?，F(xiàn)在假設(shè)有一研究對(duì)象的控制系統(tǒng)方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(公式l)xGRn為系統(tǒng)的狀態(tài)量，UGRm為系統(tǒng)的控制量，tGR。需要確定切換函數(shù)s(x)，sGRm(具有的維數(shù)一般情況等于控制量的維數(shù))<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(公式2)并且尋求變結(jié)構(gòu)控制<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>滑模變結(jié)構(gòu)體現(xiàn)W,+(x，0-"/(U)，使得滿足下面3種情況A、滑動(dòng)模態(tài)存在，即滿足公式3;B、滿足可達(dá)性條件，就是在切換面s(x)=0以外的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)都將于有限的時(shí)間內(nèi)到達(dá)切面；C、保證滑模運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)入滑動(dòng)模態(tài)區(qū)后，就開(kāi)始沿滑模面運(yùn)動(dòng)。對(duì)通常的反饋控制系統(tǒng)而言，除了滑模的存在性和可達(dá)性以外，還要求系統(tǒng)的滑動(dòng)模態(tài)是漸進(jìn)穩(wěn)定的且具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。(2)模糊控制模糊理論是建立在模糊集合和模糊邏輯的基礎(chǔ)上，通過(guò)隸屬函數(shù)的概念來(lái)描述那些介于"屬于"和"不屬于"中間的過(guò)渡過(guò)程，使得每個(gè)元素不僅以"0"或"1"屬于某個(gè)集合，而且還以一定的介于"O"和"1"之間的程度屬于某個(gè)集合，每個(gè)元素或多或少屬于某個(gè)集合。模糊集合是以一定程度具備某種特性因素的全體，因此模糊集合論打破了分明集中的0—1界限，為描述模糊信息、處理模糊現(xiàn)象提供了新的數(shù)學(xué)工具。模糊控制是以模糊集理論為基礎(chǔ)，以模糊語(yǔ)言變量和邏輯推理為工具，能夠利用人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，把直覺(jué)推理納入到?jīng)Q策之中的一種智能控制。模糊控制所用到的模糊數(shù)學(xué)的基本概念、運(yùn)算法則如下設(shè)U為某些對(duì)象的集合，稱為論域(可以是連續(xù)或離散的)。u表示U的元素，記作U二{u}。論域U到[O，l]區(qū)間的任意映射，即冚一[O，l]，都確定U的一個(gè)模糊子集F，yp稱為F的隸屬函數(shù)(MembershipF騰tion)或隸屬度(GradeofMembership)也就是說(shuō)，i^表示u屬于模糊子集F的程度或等級(jí)。在論域U中，可把模糊子集表示為元素u與其隸屬函數(shù)PF(u)的序偶集合，記為F={u，i!F(U)|uGU}。若U為連續(xù)，則模糊集F可記為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>若F為離散，則模糊集F可記為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>公式5)(3)兩階段充電控制的原理首先根據(jù)充電主電路的列出如公式1的等效狀態(tài)方程，進(jìn)而根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)出切換平面并由滑動(dòng)模態(tài)方程的等效控制法求得等效控制l^，再根據(jù)滑模到達(dá)條件設(shè)計(jì)切換控制us，從而完成滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)過(guò)程。由滑?？刂破髟O(shè)計(jì)原理可知，它由等效控制和切換控制構(gòu)成，控制規(guī)則為如果S是非零那么U是Ueq+Us。因此模糊控制器設(shè)計(jì)也就有這兩部分，即可設(shè)計(jì)為U=Ueq+UNZ(S)us。模糊控制器輸入量s和輸出量u，通過(guò)隸屬函數(shù)。uNZ(s)的變化實(shí)現(xiàn)抖振的消除。根據(jù)人工思維，專家知識(shí)推理建立知識(shí)庫(kù)為s模糊子集為{NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB}u二模糊子集為{NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB}系統(tǒng)狀態(tài)軌跡遠(yuǎn)離切換函數(shù)s時(shí)，i^應(yīng)取大，加快響應(yīng)速度，系統(tǒng)狀態(tài)軌跡靠近切換函數(shù)s時(shí)，uNZ應(yīng)取小，系統(tǒng)軌跡到達(dá)切換函數(shù)s時(shí)，uNZ=0，于是得到推理規(guī)則為<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表1基于上述建立建立得到的模糊滑模放電控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的兩階段充電控制。即當(dāng)蓄電池組需要進(jìn)行充電時(shí)，所述模糊滑?？刂破鞲鶕?jù)蓄電池組的充電電流檢測(cè)值與充電電流參考值之間的比較信號(hào)控制充電電路，使蓄電池組的充電電流保持恒定，所述蓄電池組保持恒流充電狀態(tài)直到端電壓升高到兩階段之間的切換電壓值；當(dāng)蓄電池組端電壓升高到切換電壓值時(shí)，所述模糊滑模控制器根據(jù)蓄電池組的充電電壓檢測(cè)值與充電電壓參考值之間的比較信號(hào)控制充電電路，使蓄電池組在恒定充電電壓下進(jìn)行恒壓充電，直到蓄電池組的充電電流減小到一定值后完成充電過(guò)程。蓄電池組進(jìn)行恒壓充電時(shí)的恒定充電電壓一般優(yōu)選選擇與兩階段之間的切換電壓值相等。本并網(wǎng)系統(tǒng)中蓄電池組通過(guò)放電電路直接與直流母線相連接，因?yàn)橹绷髂妇€的電壓需要穩(wěn)定的電壓，所以在蓄電池組放電的同時(shí)也需要對(duì)直流母線進(jìn)行控制。根據(jù)能量守恒的原理分析，假設(shè)負(fù)載在固定的情況(在實(shí)際應(yīng)用中負(fù)載基本不變或階段性變化，且可以保持較長(zhǎng)時(shí)間)下只需控制直流母線電壓穩(wěn)定則蓄電池組的放電電流就是恒定的。因此，本系統(tǒng)中的放電控制器優(yōu)選的控制策略是保證蓄電池組在放電時(shí)直流母線保持穩(wěn)定。上述控制策略也可以通過(guò)模糊滑模控制來(lái)完成，即放電控制器設(shè)計(jì)成模糊滑模放電控制器，模糊滑模放電控制器的輸入端接收直流母線的母線電壓檢測(cè)值與母線電壓參考值之間的比較信號(hào)，輸出端與放電電路連接。此模糊滑模放電控制器的設(shè)計(jì)與模糊滑模充電控制器基本相同，此處不再重復(fù)。蓄電池組進(jìn)行放電時(shí)，模糊滑模放電控制器根據(jù)直流母線的母線電壓檢測(cè)值與母線電壓參考值之間的比較信號(hào)對(duì)放電電路的開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，根據(jù)負(fù)載變化迅速進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證直流母線電壓穩(wěn)定在理想值的誤差允許范圍之內(nèi)，進(jìn)而使蓄電池組的放電電流保持恒定，實(shí)現(xiàn)蓄電池組恒流放電控制。本發(fā)明的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)所發(fā)電能能夠在電能緊缺的時(shí)候供給電網(wǎng)或根據(jù)負(fù)載情況對(duì)電能進(jìn)行存儲(chǔ)，特別是在晚間電網(wǎng)用電量不大，且負(fù)載所需電量小于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電量的條件下通過(guò)蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能，而在白天用電量增加時(shí)為電網(wǎng)和負(fù)載供電，從而提高小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能利用率，拓寬其應(yīng)用面，為用戶帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效.、以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，包括風(fēng)力機(jī)以及在風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)下工作的風(fēng)力發(fā)電機(jī)；整流電路，其輸入端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端連接；逆變電路，其輸入端通過(guò)直流母線與整流電路的輸出端連接，輸出端與電網(wǎng)和/或負(fù)載相連；其特征在于還包括蓄電池組、充電電路、放電電路、充電控制器以及放電控制器，所述蓄電池組分別通過(guò)充電電路和放電電路與直流母線連接，所述充電控制器與充電電路連接，所述放電控制器與放電電路連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述充電控制器為模糊滑模充電控制器，所述模糊滑模充電器的輸入端接收充電電壓檢測(cè)值與充電電壓參考值之間的比較信號(hào)以及蓄電池組的充電電流檢測(cè)值與充電電流參考值之間的比較信號(hào)，輸出端與充電電路連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述放電控制器為模糊滑模放電控制器，所述模糊滑模放電控制器的輸入端接收直流母線的母線電壓檢測(cè)值與母線電壓參考值之間的比較信號(hào)，輸出端與放電電路連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量大于負(fù)載所需電量，直流母線穩(wěn)定在所需電壓條件時(shí)，直流母線通過(guò)充電電路對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量小于負(fù)載所需電量，蓄電池組有電量?jī)?chǔ)備時(shí)，蓄電池組通過(guò)放電電路向直流母線提供能量，蓄電池組儲(chǔ)存的電能傳輸給負(fù)載和電網(wǎng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述充電控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的先恒流充電后恒壓充電的兩階段充電控制。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述模糊滑模充電控制器利用模糊滑?？刂扑惴▽?shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的先恒流充電后恒壓充電的兩階段充電控制。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)蓄電池組需要進(jìn)行充電時(shí)，所述模糊滑?？刂破鞲鶕?jù)蓄電池組的充電電流檢測(cè)值與充電電流參考值之間的比較信號(hào)控制充電電路，使蓄電池組的充電電流保持恒定，所述蓄電池組保持恒流充電狀態(tài)直到端電壓升高到兩階段之間的切換電壓值；當(dāng)蓄電池組端電壓升高到切換電壓值時(shí)，所述模糊滑?？刂破鞲鶕?jù)蓄電池組的充電電壓檢測(cè)值與充電電壓參考值之間的比較信號(hào)控制充電電路，使蓄電池組在恒定充電電壓下進(jìn)行恒壓充電，直到蓄電池組的充電電流減小到一定值后完成充電過(guò)程。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述蓄電池組進(jìn)行恒壓充電時(shí)的恒定充電電壓與兩階段之間的切換電壓值相等。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí)為恒流放電。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種帶蓄電池的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，包括風(fēng)力機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、整流電路、逆變電路、蓄電池組、充電電路、放電電路、充電控制器以及放電控制器，所述蓄電池組分別通過(guò)充電電路和放電電路與直流母線連接，所述充電控制器與充電電路連接，所述放電控制器與放電電路連接。該系統(tǒng)在原有的小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中加入能量?jī)?chǔ)備環(huán)節(jié)-蓄電池組，并且加入充電控制器、放電控制器等對(duì)蓄電池組進(jìn)行合理控制和設(shè)置，使小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)所發(fā)電能能夠在電能緊缺的時(shí)候供給電網(wǎng)或根據(jù)負(fù)載情況對(duì)電能進(jìn)行存儲(chǔ)，從而提高小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能利用率，拓寬其應(yīng)用面，為用戶帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。文檔編號(hào)H02J3/38GK101741102SQ201010114029公開(kāi)日2010年6月16日申請(qǐng)日期2010年1月22日優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日發(fā)明者郭振清申請(qǐng)人:廣東天富風(fēng)光潮發(fā)電設(shè)備有限公司