小型風力發(fā)電系統(tǒng)

圖一中的小型風力發(fā)電系統(tǒng)通常包含有風力渦輪機、發(fā)電機、交流─直流整流器、充電控制器和可充電電池模塊、逆變器、配線以及支持整個系統(tǒng)的塔座，其中充電控制器和電池模塊通常是必須的以符合遠程離線風能系統(tǒng)的需求。

圖一：小型風力發(fā)電系統(tǒng)的簡化方塊圖。

效率是關鍵

由于風速變化特性的因素，許多風力發(fā)電方案都采用可變速度控制技術以期由風力取得最高能量并將渦輪驅動負載（turbine drive-train loads）降到最低。在這個產業(yè)中提出并討論了許多不同的可變速度控制方法，共同目標就是效率優(yōu)化[5, 6]。

除了風速控制部分外，逆變器也在風力發(fā)電系統(tǒng)的功率變換過程中扮演著非常關鍵的角色。以風力渦輪可變速度發(fā)電設備為例，逆變器是連接供電網(wǎng)并提供符合電力要求電源的基本設備，逆變器可以是商用的單相或工業(yè)用三項的分立零組件或模塊，并通過數(shù)字信號處理器(DSP)控制來提供高效率能源轉換。高效逆變系統(tǒng)需要對電力設備進行精密的時序控制和安全隔離，避免有害高電壓開關瞬變損害控制器和危害操作人員。

以30kW的電力轉換系統(tǒng)為例[6]，在連接供電網(wǎng)的風能系統(tǒng)上使用了簡單的交流─直流─交流變換器以及模塊化控制方式。圖二是這個功率轉換器的類似方塊圖，基于發(fā)電機輸出的電壓和頻率會隨著風速變化，因此使用一個直流─直流升壓斬波電路來維持穩(wěn)定的直流線路電壓，輸入的直流電流經(jīng)過調節(jié)追隨經(jīng)過預先設定的優(yōu)化電流參考，以便在渦輪系統(tǒng)的最大功率輸出點運行。在和供電網(wǎng)的連接上，PWM信號通過ACPL-332J門極驅動[7]控制IGBT，通過對逆變器直流電壓的調節(jié)提供電流到電力線上。

圖二：使用交流─直流─交流變換器的小型風力渦輪系統(tǒng)方塊圖。

為了要達到優(yōu)化的系統(tǒng)效率，圖二以及其他參考文獻[6, 8]中所描述的變換器顯示必須把重要的電流和電壓信息反饋給數(shù)字信號處理器(DSP)進行計算和有效控制。這些