[实用新型]一种微型风能采集装置

说明书

本实用新型公开了一种微型风能采集装置，包括风能采集模块，风能采集模块与交流‑直流整流模块相连接，交流‑直流整流模块通过滤波和整形模块与直流升压斩波模块相连接，能量储存模块与直流斩波升压模块相连接，电压和电流监测模块从滤波和整形模块采集电流和电压并提供给最大功率跟踪和控制模块，风机数据预处理模块将分析处理后的风机运行数据提供给最大功率跟踪和控制模块用于生成控制电压，脉冲宽度调制生成模块根据最大功率跟踪和控制模块提供的电压生成一个用于调节直流斩波升压模块输出的方波控制信号。本案能使微型风能采集设备始终运行在最大功率点处，保证采集到更多的能量，各项设备状况易于观察并能够进行综合的数据采集和样本研究。

技术领域

本实用新型涉及一种微型风能采集装置，尤其涉及一种基于电阻仿真技术的微型风能采集设备。

背景技术

当下，风能采集已有一定的研究，但对于一个在低风速下运行的微型风能采集系统，由风力发电机产生的交流电压峰值在1到3V之间，而整流电路中采用的二极管具有约0.7到1V的电压降。因此，在交流-直流整流器中使用传统二极管将低振幅的交流电压整流并转换成电子电路可用的一种形式是具有挑战性的。另一个问题是，由系统采集到并输出的电功率通常非常低，只达到毫瓦级别或更少。如果微型没有在最大功率点运行，这种情况会变得更糟。因此，最主要的问题是开发一种高效的功率变换器及其与电子电路相关并包含MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)算法的微驱动，用于追踪和保持风力发电机的最大输出功率以采集到更多的能量。目前，MPPT技术已经广泛应用于大规模风能采集，然而，这些MPPT技术需要很高的计算能力来实现精确和准确的最大功率点跟踪。在小规模风能采集中，要实现如此精确的MPPT技术，复杂的MPPT电路所消耗的能量远远高于采集到的能量本身，因此该方法不可取。

实用新型内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种基于电阻仿真技术的微型风能采集装置；通过负载阻抗来模拟风机的源阻抗，使得电源和负载之间能够达到良好的阻抗匹配，保证风能采集设备始终运行在最大功率点处，使采集到的电功率在情况下都是最大值。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种微型风能采集装置，包括风能采集模块，还包括交流-直流整流模块、滤波和整形模块、直流升压斩波模块、能量储存模块、电压和电流监测模块、最大功率跟踪和控制模块、脉冲宽度调制生成模块和风机数据预处理模块；

所述风能采集模块将风能转换为交流电能，并将交流电能传输给交流-直流整流模块；

所述交流-直流整流模块将交流电能转换为直流电能，并将直流电能传输给滤波和整形模块；

所述滤波和整形模块对直流电能进行滤波和整形，并将滤波和整形后的直流电能传输给直流升压斩波模块；

所述电压和电流监测模块对滤波和整形后的直流电能进行电压和电流监测，并将监测结果发送给最大功率跟踪和控制模块；

所述风机数据预处理模块对风机运行数据进行处理，分析不同风速和负载条件下风机的运行状况，从而得到风机运行的最优负载阻抗Ropt(即风机的源阻抗)，并将风机运行的最优负载阻抗Ropt发送给最大功率跟踪和控制模块；

所述最大功率跟踪和控制模块根据电压和电流监测结果获得微型风能采集器负载端的等效阻抗Rfb，对等效阻抗Rfb和最优负载阻抗Ropt的差值进行比例积分控制，获得最大功率点跟踪电压Vmppt，并将最大功率点跟踪电压Vmppt发送给脉冲宽度调制生成模块；

所述脉冲宽度调制生成模块将最大功率点跟踪电压Vmppt作为输入信号，通过振荡器和电压比较器生成调节直流升压斩波模块的方波控制信号，并将方波控制信号发送给直流升压斩波模块；