发电机功率控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明有关一种发电机功率控制系统及方法，尤指一种利用偏移发电机最大功率 曲线的发电机功率控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 目前常见的风力发电系统在超出额定风速时的动作，大略可分为变奖式、摆尾式、 卸载式、增矩式与直接短路。变奖式利用改变叶片迎风角度间接控制风能揃取，因为主动控 制叶片机构，成本大、机构损坏率高，并且控制复杂，因此大多为中大型风机使用。摆尾式利 用风机尾翼偏離使叶片对风效率下降，因此降低风能揃取，然而，因尾翼经年累月摆动在机 构关节上容易损坏。卸载式一般在发电机输出端投入负载來消耗多余的能量，因风机输出 功率与风速成H次方关系，故超出额定风速时需要大量负载投入，无法持续在更高的风速。 增矩式则利用短路发电机内除了抽载线圈外的多余的线圈，使之增加转矩抵抗叶片限制转 速与功率上升。直接短路顾名思义在额定风速时直接短路使风机停止运转，因风速不稳定 可能因瞬间短暂阵风而导致风机常停机无法抽载，长期下来可能会影响整体发电量。
[0003]请参阅图1为现有技术风轮机卸载系统的电路示意图。该卸载电阻34耗散发电 机所产生的电能，其中该卸载电阻34的阻值与由一电网（GRID)26施加给该发电机的负载 值相当。图1所示的该卸载电阻34具体为用于永磁发电机（PMG)36的H相电源输出中每 一相的额定电阻，其中该永磁发电机36由风轮机驱动。
[0004] -可程式逻辑电路（PL042为风轮机的控制器，监控与该电网26的连接，并检测 电网负载的损失。当检测到该电网26损失时，该可程式逻辑电路42就导通晶间管桥44,W 将各卸载电阻34连接至该永磁发电机36的电源输出中的一相。该卸载电阻34消耗来自 该永磁发电机36的功率，直到电网负载与转换器重新连接，风轮机叶片速度减小。
【发明内容】
[000引本发明的一目的在于提供一种发电机功率控制系统，可设定多条功率曲线，利用 功率曲线偏移技术，配合少量卸载电阻W实现卸载保护，W达到更精准、更高解析度的功率 控制，并且使发电机能在不同风速下，达到更大风速范围的保护，使得发电机仍能维持在额 定输出功率。
[0006] 该发电机功率控制系统对外部转矩驱动的一发电机提供输出功率控制。该发电机 功率控制系统包括一电源转换单元、一传感单元、一卸载单元W及控制单元。该电源转换单 元接收该发电机所产生的一电流与一电压，并且转换该电流与该电压W对一负载供电。该 传感单元接收该电流与该电压，W产生一电流信号与一电压信号。该卸载单元连接该发电 机与该电源转换单元。该控制单元接收该电流信号与该电压信号，并且产生一电流控制信 号控制该电源转换单元W及产生一电压控制信号控制该卸载单元，进而控制该发电机输出 功率。
[0007]根据本发明的一种实施方式，其还包括；一电流驱动单元，连接该控制单元与该电 源转换单元之间，w接收该控制单元所产生的该电流控制信号，驱动该电源转换单元；及一 电压驱动单元，连接该控制单元与该卸载单元之间，W接收该控制单元所产生的该电压控 制信号，驱动该卸载单元。
[0008] 根据本发明的另一种实施方式，其中该发电机在不同风速下具有不同的功率曲 线，当该发电机操作在风速越大的状况时，该功率曲线更往左边偏移。
[0009] 根据本发明的另一种实施方式，其中该控制单元包括；至少两电压-电流曲线查 表，对应提供至少两电压命令W及至少两电流命令；一逻辑判断单元，接收该电流命令与该 电压命令，并且选择其中一电流命令为一电流输出命令W及选择其中一电压命令为一电压 输出命令；一电流控制单元，接收该电流输出命令与该电流信号，W输出该电流控制信号； 及一电压控制单元，接收该电压输出命令与该电压信号，W输出该电压控制信号。
[0010] 根据本发明的另一种实施方式，其中该控制单元提供至少两卸载保护曲线，并且 每一该卸载保护曲线W该电压命令为最大电压。
[0011] 根据本发明的另一种实施方式，其中该卸载保护曲线W定电压方式提供该电压命 令为该卸载保护曲线的最大电压。
[0012] 根据本发明的另一种实施方式，其中当该发电机操作于不同风速区间时，该控制 单元透过切换该功率曲线与该卸载保护曲线W对该发电机提供过载保护。
[0013] 根据本发明的另一种实施方式，其中该电流控制信号与该电压控制信号为一脉波 宽度调变信号。
[0014] 根据本发明的另一种实施方式，其中该发电机由外部的风力、水力、水蒸气或人力 所驱动。
[0015] 根据本发明的另一种实施方式，其中该传感单元连接于该发电机侧，或是连接于 该卸载单元与该电源转换单元之间，该控制单元连接于该传感单元与该电源转换单元。
[0016] 本发明的另一目的在于提供一种发电机功率控制系统的操作方法，可设定多条功 率曲线，利用功率曲线偏移技术，配合少量卸载电阻W实现卸载保护，W达到更精准、更高 解析度的功率控制，并且使发电机能在不同风速下，达到更大风速范围的保护，使得发电机 仍能维持在额定输出功率。该发电机功率控制系统的操作方法对外部转矩驱动的一发电机 提供输出功率控制。该操作方法的步骤包括：提供一电源转换单元与一卸载单元；提供一 传感单元，接收该发电机所产生的一电流与一电压，W产生一电流信号与一电压信号；W及 提供一控制单元，接收该电流信号与该电压信号，并且产生一电流控制信号控制该电源转 换单元W及产生一电压控制信号控制该卸载单元，进而控制该发电机输出功率。
[0017] 根据本发明的一种实施方式，其还包括；提供一电流驱动单元，接收该控制单元所 产生的该电流控制信号，驱动该电源转换单元；其中该电流驱动单元连接该控制单元与该 电源转换单元之间；及提供电压驱动单元，接收该控制单元所产生的该电压控制信号，驱动 该卸载单元；其中该电压驱动单元连接该控制单元与该卸载单元之间。
[0018] 根据本发明的另一种实施方式，其中该发电机在不同风速下具有不同的功率曲 线，当该发电机操作在风速越大的状况时，该功率曲线更往左边偏移。
[0019] 根据本发明的另一种实施方式，其中该控制单元包括；至少两电压-电流曲线查 表，对应提供至少两电压命令W及至少两电流命令；一逻辑判断单元，接收该些电流命令与 该些电压命令，并且选择其中一电流命令为一电流输出命令W及选择其中一电压命令为一 电压输出命令；一电流控制单元，接收该电流输出命令与该电流信号，w输出该电流控制信 号；及一电压控制单元，接收该电压输出命令与该电压信号，W输出该电压控制信号。
[0020] 根据本发明的另一种实施方式，其中该控制单元提供至少两卸载保护曲线，并且 每一该卸载保护曲线W该电压命令为最大电压。
[0021] 根据本发明的另一种实施方式，其中该卸载保护曲线W定电压方式提供该电压命 令为该卸载保护曲线的最大电压。
[0022] 根据本发明的另一种实施方式，其中当该发电机操作于不同风速区间时，该控制 单元透过切换该功率曲线与该卸载