专利名称：一种风力发电智能单相并网控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电智能单相并网控制器，属于分布式发电技术领域。
背景技术：
随着世界范围内对环境保护、全球温室效应的重视，各国都竞相发展包括风能在内的可再生能源的利用技术，将风能作为可持续发展的能源政策中的一种选择，不论对并网型的大型风力发电机和适用于边远地区农牧户的离网型小型风力发电机都给予了很大的政策支持。
近年来，小型分布式风力发电获得了快速的发展，因为直接将转化的风能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。风力并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，风力发电并网系统可以对公用电网起到调峰作用。由于风力发电并网系统造价远低于太阳能光伏发电系统，故其实用性大大增强，并网发电系统是太阳能，风力发电的发展方向，代表了 21世纪最具吸引力的能源利用技术。
根据并网逆变系统有无隔离变压器及隔离变压器的安装位置，并网逆变器可分为以下几种:
1、工频变压器隔离并网系统
工频隔离型是出现最早的并网逆变器类型，它首先通过DC/AC变换，将风力发电机整流后的直流电转化为交流电，然后通过工频变压器与电网相连。工频变压器的加入使得风机侧与电网电气隔离，保障人身安全。此外，也使直流侧可以采用较低的直流电压，同时能够抑制输入到电网中的直流电流。
其缺点是，工频变压器增加了系统的体积、重量和成本，降低了系统的效率。
2、高频变压器隔离并网系统
高频变压器隔离并网逆变器首先通过DC/DC变换器将风力发电机整流后的直流电升/降压转换为满足并网要求的直流电，然后通过逆变桥转化为交流电后并入电网。与工频隔离型相比，同样实现了风机侧与电网的电气隔离，且可以大幅降低变压器的体积、重量和成本。
但该系统存在高频变换环节复杂，系统效率低的问题。发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种风力发电智能单相并网控制器。为此，本发明提供了如下的技术方案:
一种风力发电智能单相并网控制器，包括三相整流单元、直流输入开关、直流升压电路、逆变电路、滤波单元、并网开关、电能双向计量单元、驱动电路、主控单元和采样电路；三相整流单元的信号输出端与直流输入开关的信号输入端连接，直流输入开关的直流信号输出端与直流升压电路的直流信号输入端连接，直流升压电路的直流信号输出端与逆变电路的直流信号输入端连接，逆变电路的信号输出端与滤波单元的信号输入端连接，滤波单元的滤波信号输出端与并网开关的滤波信号输入端连接，并网开关的信号输出端与电能双向计量单元的信号输入端连接，电能双向计量单元的计量信号输入输出端与主控单元的计量信号输入输出端连接，主控单元的驱动信号输出端与驱动电路的驱动信号输入端连接，驱动电路的驱动信号输出端与直流输入开关、直流升压电路、逆变电路和并网开关的驱动信号输入端连接，采样电路的采样信号输出端与主控单元的采样信号输入端连接。
现有隔离型并网逆变器中变压器的磁能转换会导致能量损失。本发明属于非隔离系统，由于不使用笨重的工频变压器或复杂的高频变压器，所以具有系统结构简单、重量轻、成本低和效率高的特点。对于非隔离逆变器，采用相应措施和控制方法，同样可保证电路运行的安全性和抑制并网直流电流的注入。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式
提供的风力发电智能单相并网控制器的结构示意图2是本发明的具体实施方式
提供的风力发电智能单相并网控制器的主电路拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本具体实施方式
提供了一种风力发电智能单相并网控制器，如图1和图2所示，包括三相整流单元1、直流输入开关2、直流升压电路3、逆变电路4、滤波单元5、并网开关6、电能双向计量单元7、驱动电路8、主控单元10、采样电路11、人机交互设备12和通讯接口13 ;三相整流单元I的信号输出端与直流输入开关2的信号输入端连接，直流输入开关2的直流信号输出端与直流升压电路3的直流信号输入端连接，直流升压电路3的直流信号输出端与逆变电路4的直流信号输入端连接，逆变电路4的信号输出端与滤波单元5的信号输入端连接，滤波单元5的滤波信号输出端与并网开关6的滤波信号输入端连接，并网开关6的信号输出端与电能双向计量单元7的信号输入端连接，电能双向计量单元7的计量信号输入输出端与主控单元10的计量信号输入输出端连接，主控单元10的驱动信号输出端与驱动电路8的驱动信号输入端连接，驱动电路8的驱动信号输出端与直流输入开关2、直流升压电路3、逆变电路4和并网开关6的驱动信号输入端连接，采样电路11的采样信号输出端与主控单元10的采样信号输入端连接。
现有的永磁风力发电机将风能转化为三相电压、频率均变化的交流电，通过三相整流单元I将交流电整流为电压变化的直流电。由于并网逆变器工作时对直流电压的大小有要求，为提高风机的工作范围，同时实现风机的最大功率点跟踪(MPPT)，本具体实施方式
采用直流升压电路3将整流单元I输出的可变直流电压升压，以满足并网逆变器的要求。逆变电路4将直流升压电路3输出的直流电逆变成频率、大小固定的交流电，再经过滤波单元5滤波得到正弦交流电流，并输送到电网中去，最终实现风力发电机的并网发电。考虑到用户负载的消耗，为双向测量用户单元输出(消耗)的电能，增加电能双向计量单元7，电能双向计量单元7的一端连接电网，另一端则连接主控单元10，从而通过主控单元10计算出净发电量。
具体的，采样电路11可以包括整流电压检测单元、升压电压检测单元、升压电流检测、电网电压检测和并网电流检测。采样电路11采集的检测信号经过主控单元10处理，产生SPWM和PWM驱动信号，经过驱动电路8后驱动逆变电路4和直流升压电路3工作。
优选的，主控单元10的信号输出端与保护电路9的信号输入端连接，保护电路9的信号输出端与驱动电路8的驱动信号输入端连接。在工作异常状态下，主控单元10控制保护电路9工作，封锁驱动电路8，达到保护系统的作用。
优选的，主控单元10的信号输入输出端与人机交互设备12的信号输入输出端连接，人机交互设备12包括逆变器上的按键和数码管，用于直接操作逆变器时数据的输入输出。主控单元10通讯信号输入输出端与通讯接口 13的通讯信号输入输出端连接，通讯接口 13用于和上位控制机及其他逆变器的通讯。
本具体实施方式
提供的风力发电智能单相并网控制器的控制方法如下:
步骤一:主控单元10 (可采用STM32F103芯片)通过采样电路11采样电网电压，通过锁相环计算，得到电网电压、电网相位、电网频率等信息，判断电网电压、频率是否满足并网条件；若满足工作条件，则进入步骤二，否则继续等待；
步骤二:发电机输出的三相交流电经过三相整流单元I整流成直流，直流开关2闭合，将该电压作用至直流升压电路3 (可采用BOOST升压电路)前端；主控单元10产生控制信号，经过驱动电路8的放大后驱动直流升压电路3工作，输出直流母线电压土 Vdc，然后进入步骤三；
步骤三:主控单元10采样直流升压电路3输出的直流母线电压土Vdc是否在正常工作范围内，然后逆变电路4开始工作，在控制器的调节下，逆变电路4输出一交流电压，其幅值、相位、频率均应与电网一致，之后进入步骤四，否则返回步骤一；
步骤四:并网开关6闭合，主控单元10监测直流母线电压、电网电压、电网频率、并网电流在正常范围内，进入步骤五，否则返回步骤一；
步骤五:主控单元10实时采样直流升压电路3输出电压和电流，转为最大功率跟踪控制；逆变电路4开始转入并网闭环控制，向电网输送电流。
本具体实施方式
提供的一种风力发电智能单相并网控制器具有以下几个特点:
1、直流侧采用BOOST升压电路，使得直流输入电压范围较宽，同时实现风机最大功率点跟踪(MPPT )的功能。
2、电网同步方面，采用基于自适应滤波器的单相锁相环，准确获得电网信息，并监测电网异常。
3、逆变电路的控制部分，电流环采用准比例谐振调节器，结合单极性倍频SPWM调制技术，实现并网电流的有功无功控制，并满足相应的电流谐波标准。
4、用户负载直接连接于逆变器输出点，风机发出的电能优先自用，多余电能输送到电网，在用户单元的接入点处设置电能计量器，实现净发电量的双向计量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种风力发电智能单相并网控制器，其特征在于，包括三相整流单元(I)、直流输入开关⑵、直流升压电路⑶、逆变电路⑷、滤波单元(5)、并网开关(6)、电能双向计量单元(7)、驱动电路(8)、主控单元(10)和采样电路(11);三相整流单元(I)的信号输出端与直流输入开关(2)的信号输入端连接，直流输入开关(2)的直流信号输出端与直流升压电路(3)的直流信号输入端连接，直流升压电路(3)的直流信号输出端与逆变电路(4)的直流信号输入端连接，逆变电路(4)的信号输出端与滤波单元(5)的信号输入端连接，滤波单元(5)的滤波信号输出端与并网开关(6)的滤波信号输入端连接，并网开关(6)的信号输出端与电能双向计量单元(7)的信号输入端连接，电能双向计量单元(7)的计量信号输入输出端与主控单元(10)的计量信号输入输出端连接，主控单元(10)的驱动信号输出端与驱动电路⑶的驱动信号输入端连接，驱动电路⑶的驱动信号输出端与直流输入开关⑵、直流升压电路(3)、逆变电路⑷和并网开关(6)的驱动信号输入端连接，采样电路(11)的采样信号输出端与主控单元(10)的采样信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电智能单相并网控制器，其特征在于，所述控制器还包括保护电路(9)，主控单元(10)的信号输出端与保护电路(9)的信号输入端连接，保护电路(9)的信号输出端与驱动电路(8)的驱动信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述的风力发电智能单相并网控制器，其特征在于，所述控制器还包括人机交互设备(12)，主控单元(10)的信号输入输出端与人机交互设备(12)的信号输入输出端连接。
4.根据权利要求1所述的风力发电智能单相并网控制器，其特征在于，所述控制器还包括通讯接口(13)，主控单元(10)通讯信号输入输出端与通讯接口(13)的通讯信号输入输出端连接。
全文摘要
本发明提供了一种风力发电智能单相并网控制器，相应的三相整流单元的信号输出端与直流输入开关的信号输入端连接，直流输入开关的直流信号输出端与直流升压电路的直流信号输入端连接，直流升压电路的直流信号输出端与逆变电路的直流信号输入端连接，逆变电路的信号输出端与滤波单元的信号输入端连接，滤波单元的滤波信号输出端与并网开关的滤波信号输入端连接，并网开关的信号输出端与电能双向计量单元的信号输入端连接，电能双向计量单元的计量信号输入输出端与主控单元的计量信号输入输出端连接，主控单元的驱动信号输出端与驱动电路的驱动信号输入端连接，采样电路的采样信号输出端与主控单元的采样信号输入端连接。
文档编号H02J3/38GK103138291SQ201310071288
公开日2013年6月5日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者杨勇, 邱凯 申请人:杨勇, 邱凯