獨立運行風力發電最大功率控制器的設計

摘 要：現代社會能源匱乏，各國都謀求新能源的開發，現代風力因為成型較早，工藝相對簡單而被廣泛應用，風力發電機在使用上采用了空氣學和物理動力學等幾方面的原理，此靈感來自飛機飛行是產生的氣流，催動壓差的變化導致風力發電機的發電機片進行旋轉，同時產生橫向切應力風流，驅動后續整個系統的宣傳，不斷的產生電力。風力發電機主要由以下部分構成：風輪、機艙、主干塔。發電現有使用的機片不能很好的提高風的功率，但是如果根據betz實驗論據所制作的系統，這樣風力發電機是能夠通過合理的手段實現功率最大化的，功率提高59%左右。

關鍵詞；獨立運行；風力發電；功率控制

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 18-0000-01

因為風力發電機的使用較早，所以相應的工藝較為完善，被廣泛的使用。而且所產生的電能被良好的保存并進行遠距離的傳輸所產生的電能給用電量大的地區和電力匱乏的地區，盡管風力發電成本較低，而且后期的維護保養費用較小，但是不通過合理的優化和新技術的應用很難提高原有的風力發電的低效率，如果將風能更好的轉換成電能就成了當務之急，要想更好的在現有的環境中、氣壓中更好的獲得最優功率，這就需要改變機片的節距角，從而提高效率，對風電機進行完成的控制，但是這種方法不適合小型的獨立的發電機，這就需要另外特殊的結構來實現小型電機的最大功率發電。

一、風力發電機結構設計

機艙：其中包含了齒輪變速箱、驅動發電機。機艙的一端有轉子、機片以及轉軸。機片是為了更好的獲得發電機所在地的風能，并且其他兩個裝置為了將所獲得的風能傳輸給內部。發電機600kw以上的功率的產能，其上面的機片需要每片的長度要在20米以上。轉軸中心：需要通過機械結構使軸心附在低速軸上。低速軸：將接卸轉軸的中心和內部的齒輪變速箱聯系在一起。因為低速轉軸上的轉動非常的緩慢。每分鐘才能旋轉20到30下。因為軸內部有一個液壓導出系統，用來控制空氣閥門的運行。齒輪變速箱：齒輪變速想分為低速和高速兩種轉動軸，低速的速度只有高速軸的五十分之一。發電機：一般也叫做感應發電機，現代的發電機，最大輸出功率通常在500到2000KW左右。偏航裝置：利用轉動機艙帶動轉子獲得外界的風能。偏航裝置通常利用電子信息裝置進行控制。這個高科技電子裝置有能力感知四周環境的風向。一般來講在風向改變時，風力發電機也會偏轉一定的角度?？刂破鳎河梢慌_高效率計算機控制的對控制系統進行實時監控。并且為了防止故障的發生，應該設置成有問題出現時自動切斷能量提供，還能及時反饋給監控中心的監控人員。液壓系統：對空氣閥門進行緩沖和重置的系統。冷卻系統：主要部件由一個風扇構成，用于當風扇過熱時進行冷卻。當然一些地區的發電機仍然采用冷水冷卻法。主干塔：越高的塔對于風能轉化成電能的優勢越到，因為風速和距離地面的距離是成正比的?，F在發電機高度一般為50到70米。可以稱為管狀塔或者格子塔。同時要配備相應的日常保養專業人員，做好日常維護工作。而且管狀塔對于維修人員更安全不會有危險，造價也便宜。

二、發電機組的設計原理

發電機組通常使用國內采用的同意標準控制結構。對于這種類型的最高效率的系統，性能優異，作為功率和轉速核心數據通常被妥善的保存在發電機組的單片機中。為了獲得最優功率，并且對實際最大功率對理論值的比較。會在比較過程中產生一定的誤差，為了控制誤差，應該在輸出功率值得到后，和轉速-最優功率特性比進行比較。目標值與實際值的比較通常用DC功率變換器進行控制。在永磁場發電系統中，電壓和電流的輸出值一定是和轉動力矩以及轉速成一定的比例的。計算電壓值才能得到準確的轉速值。而對于最優效率的輸出值，則必須通過計算機大功率運算進行最優解運算值得到。變換器的數值要在最優功率特性值的得到才能得出。但是以上的辦法也是有缺點，例如精確性不是很高，并且因為設備的老化也會造成測量數值的誤差，另外還有一種方法，能測定功率特性的數值。并且采用雙層雙階梯式的神經網絡預測系統對風力發電的功率進行實時監控，調整數值。但是在實際的發電過程中還是會因為風速的不穩定造成持續不斷的數值變化，以及網絡的不斷監控，造成反應時間的變慢。因為風速的控制系統需要測量風速，還要計算出實時轉速，得出的數值同樣要和最優值進行比較。誤差值的產生就不可避免了。但是隨著現代科技的不斷發展這一狀況通過技術人員的經驗和科技的變革已經得到很大的發展。并且對于風力和電網系統的分離精確控制已經基本實現?？刂破饕驗轱L力發電系統的最優值和風速值的多項數據近似。因此除了以上的儀器之外，隨著技術的更新，需要引進一種名為高精度風速儀的設備對風速進行精確的控制，但是缺點是會增加控制系統的難度和操作人員的便利性帶來一定的困難。這篇文章進行了對風力發電最大效率跟蹤測試的方法的描述。這種系統名叫MPPT監控系統。用于測量輸出電壓電流值并且對于風電機的輸出功率也能精確測量。得出的結論能直接調節DC變換器的空置比。有了這種系統因為其優秀的特性，所以不再需要堆風速進行測定。虛擬電阻的阻斷值不能太高，這樣才能有效的保障風力發電機的正常運轉。MPPT監控系統不受額額定風力值和轉速的影響，也不受DC變換器的影響。即便這種辦法測試了DC變換器的功率，如果需要堆逆變控制系統進行適當的調整，還需要拓展到外部的網裝置中。因為該系統圍繞在低功耗的單片機的周圍，所以可以輕松的實現與單片機以及電池充電和收集控制系統的無縫銜接。

三、結束語

作為一種新型的現代發電最大優化功率的系統的控制器，組成由高校的DC變換器和圍繞單片機的控制單元組成。此方法有很多優點現簡單歸納如下：（1）無需風速測量和最優功率值的精確值；（2）周圍環境影響風速的時候，減輕內部轉軸、齒輪等部件的磨損。同時長遠來看這樣減少了更換部件和維護的費用。提高的生產效率。通過大量的測試結果可以知道，因為整合在一起的輸出電流系統和風力發電機的電池儲存組相比，整體上輸出的最大功率提高了百分之三十以上。大大提高的產能，同時這種方法在低風速的環境中，也能大大提高風力發電機的發電功率。

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