[发明专利]风力发电机充电控制器和充电控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机充电控制器和充电控制方法，可以有效扩展风力发电机的可利用风速范围。

技术背景

如图1所示为现有的风力发电机充电控制电路方框示意图。

其中，图1所示的风力发电机充电控制器是将发电机发出的变频、变压的交流电整流成直流电，然后通过充电控制装置，将该直流电向蓄电池充电，逆变器将蓄电池中的电能转变成工频交流电供负载使用。

由于现有铅酸蓄电池的充放电特性，通常要求控制充电电流为蓄电池容量的5％-30％之间，也即0.05C-0.3C(C为蓄电池容量)，相对应的充电电压为12-14.25伏，以20安时12伏的铅酸蓄电池为例，相对应的较理想的充电电压范围为12-14.25伏。

如下表1所示是现有的风力发电机的发电机额定输出电压和风力发电机充电控制器的输出电压的比例关系：

  发电机额定输出电压(AC) 9v  18v  36v  81v  充电控制器输出电压(DC) 12v  24v  48v  110v

由于风力发电特有的风力大小的不确定性，在不同时候风速高低相差较大，而永磁发电机的输出电压高低和风力发电机风轮的转速成正比，当风速越高时，发电机的输出电压也越高，反之越低。

如图5、图6分别为风力发电机风速和转速；转速和电压的关系图。图2是电压与风速的关系图。区域I是可充电风速范围，区域II是卸荷区。从图中可以看出，适合蓄电池充电所对应的风速范围较窄，即，如果想获得较高风速时充电电压，就必须放弃较低的风速区段；如果想获得较低风速时充电电压，在风速较高时就必须进行卸荷(将所发的电通过电阻消耗)，降低了风力发电机利用风能的效果，比如，如图2所示，如果希望在4m/s风速时达到充电电压，在风速大于8米/秒就必须通过卸荷电阻进行卸荷，在较高风速时风能被浪费了。

因此采用如图1方式的现有充电控制器和充电控制方法，其可利用的风能范围较窄。

如图3是采用另一种现有方法的稳压电路的充电控制电路方框示意图，即该种风力发电机充电控制器是将发电机发出的变频、变压的交流电整流成直流电，然后通过充电控制装置，以稳压电路进行稳压后，然后将该直流电向蓄电池充电，逆变器将蓄电池中的电能转变成工频交流电供负载使用。

如图5、图6分别为风力发电机风速和转速；转速和电压的关系图。图4是电压与风速的关系图。区域I是可充电风速范围，区域II是卸荷区，区域III是升压区。从图中可以看出，虽然此种充电控制器使充电的风速范围扩大了，但由于在低风速时风轮转速低，发电机的输出电压也很低，当对低电压进行稳压时等于升压，升压电路不仅本身要消耗功率，而且升压将使电流降低(升压不升功率)，电流的降低仍然使控制器无法向蓄电池充电。如图4所示，比如当风速在4米/秒时，一台300瓦的风力发电机输出功率通常只有10瓦左右，电压仅仅几伏，如果要将几瓦的电能电压提升到12或者24伏，意味着电流下降50％或者更多，因此在实际应用中缺乏对蓄电池的充电能力。