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小型风机转速控制技术在风光互补系统中的应用 来源:皇明太阳能集团有限公司 作者:张宪东 张金广 刘彩凤 孙利英 时间:2010-07-29 阅读提示：由于风力的不稳定性，风机极易在短时间内超速旋转，风机在超过其额定转速的情况下将会产生飞车现象，对风机和整个控制系统会造成严重的破坏。本文介绍了一种小型风机转速控制技术，应用于风光互补系统中，对于控制风机转速、提升风光互补系统稳定性有着重要影响。 引言 风能作为一种比较利于开发利用的能源，与太阳能具有很大的互补性，将太阳能与风能相结合，开发风光互补系统，可以充分利用二者的优势，取长补短，让这两种清洁能源最大化地发挥能效。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大，风能就会加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有成为最佳匹配的可能性，采用风光互补技术，可以在一定程度上减少太阳能电池组件的配比，能够更好的保证系统的正常使用时间。性能更加稳定的风光互补系统比单一能源的太阳能系统更加容易被消费者所接受，更利于推广。 在整个风光互补系统中，风机是最受人关注的一个部分。本文所讲的风机转速控制技术主要针对的是百瓦级的小型风力发电机。这些百瓦级风机有的没有任何保护措施，这样的话风机在超过其额定转速的情况下将会产生飞车现象，严重的话叶片断裂、风机烧毁，零件飞出、伤物伤人等现象也会发生；有的是靠机械侧偏保护，有的是靠电阻卸荷保护，这些保护技术对风机和整个系统有一定的保护作用，但是却浪费了许多可利用的风能，更不能有效解决风机转速平稳的问题。 系统简介 风光互补系统一般由风力发电机、大功率电阻、太阳能电池板、风光互补控制器、蓄电池构成，若接交流负载还需增加逆变器（见图1）。风力发电机和太阳能电池板为发电设备，经控制器调节后为蓄电池供电，由蓄电池进行储能为负载提供电量；大功率电阻用来对风机进行大风卸荷保护，防止风机和控制器在大电流、高电压情况下的冲击损坏；逆变器用来对直流电进行逆变，使之变为适合家庭用的交流电。   图1 风光互补系统结构示意图 工作原理 风光互补控制器是风光互补系统的核心部件，它具有风机充电管理、太阳能充电管理、风机转速检测及控制、输出控制管理四大功能，是整个系统的中心枢纽。它具有蓄电池过充/过放保护功能、蓄电池防反接保护、太阳能电池防反充保护、太阳能电池防反接保护、负载输出短路保护、输出光控开-时控关-光控关、风电整流稳压功能、风机大风卸荷保护、风速检测及风机转速调整等功能。其工作原理如图2所示。   图2 风光互补控制器原理图 结合控制器原理图，下面着重论述风机转速控制技术。 风力发电机经三相整流桥后变为直流电，与MOS开关控制管和大功率电阻相连，主控电路通过风机电压检测电路来检测风机整流后的电压。当风机电压达到设定点时，主控电路发出PWM信号，控制MOS管的通断，从而实现控制大功率电阻接入风机电路的时间。大功率电阻本身具有卸荷的功能，可以使风力发电机多余的电量转化为热能消耗掉，当风机电路中接入大功率电阻时，风机转速会明显下降，转速下降其输出功率就会降低，对应的电压和电流都会减小。通过不断捕捉风机电压参数，经主控电路收集分析，产生随风机转速变化所对应的PWM信号，控制大功率电阻在风机电路的接入状态，从而使风机转速维持在一个相对稳定的范围之内，其功率、电压、电流也会相对稳定，对于整个系统充电控制和安全性能的提升，都有显著的效果。程序流程图见图3。   图3 风机控制部分程序流程图 该转速控制技术主要应用在小型风机转速过快的情况下，在风力小、风机转速慢时不对其进行控制。因为风机转速慢时，风机本身不会有运行危险，整个系统也很稳定。但风力大、风机转速提升时，就会产生很多复杂的情况，所以我们针对风机和整个控制系统安全性能的提升，进行了上述的方案设计。 结语 通过风力发电机转速控制技术，可以提高风机的稳定性和风能的利用率，有效防止风力发电机在大风状态失速飞车、发生危险和发电机高电压对设备的损坏。控制器作为风光互补系统的核心部件，其最大限度的满足风光互补系统的功能要求、提高系统的稳定性，显得十分重要。