独立运行的小型风力发电系统

    摘要:通过对小型风力发电及其控制技术的发展状况的分析，提出了包括不可控桥式整流
器和

Buck 变换器的系统结构，有利于实现负载跟踪和充放电集成控制，且结构简单、可靠

性高。针对设计方案建立

Simulink 仿真模型，进行仿真分析，仿真结果证明本设计可行、结

果正确。

 

　　关键词

:小型风力发电；Buck 变换器；最大功率控制；负载跟踪和充放电集成控制；

仿真分析

 

　　

0 引言 

　　风力发电受风的影响而使发电机输出特性发生很大的变化，产生的电能很难满足负载
恒定电压的要求。为解决在无风时提供可靠电能，在大风时保证发电系统的安全并提供平稳
电能，必须对风机输出功率加以控制，既提高风能利用系数．又能提高风机发电量。应用新
型高效率的电能变换回路拓扑结构，最大功率点跟踪

(MPPT)控制策略和先进的控制理论是

提高风力发电系统的能量转换效率的重要方法。以

Buck 电路作为功率控制主电路的小型风

力发电系统结构，电路简单，可靠性高。在考虑风力发电特点的基础上，有必要对

Buck 电

路进行设计和系统仿真研究。

 

　　

1 小型风力发电系统结构组成 

　　

1.1 设计方案的提出 

　　小型离网风力发电系统结构如图

1 所示，它主要包括风力机、三相永磁同步发电机、桥

式整流器、

DC/DC 斩波器、蓄电池、逆变器几个组成部分。风力机驱动永磁同步发电机发电，

所发出的交流电经整流后给蓄电池充电或供给负载；逆变器将蓄电池或斩波器输出的直流
电变换成交流电供负载使用；

DC/DC 斩波器用来改变风力发电机的负载特性，调节发电机

输出功率和控制蓄电池充放电。

 

　　

1.2 集成控制策略 

　　综合考虑风速、负载变化和蓄电池充放电特性的负载跟踪和充放电集成控制策略，通过
改变发电机电磁转矩

-转速特性和使用耗能负载相结合，调节发电机输出电流按照一定规律

变化，可以实现系统集成控制的四个基本策略：最大功率控制

MPPT、负载跟踪控制、蓄电

池充电控制、运行保护控制。

 

　　

2 电路的设计及参数的计算 

　　

2.1 永磁发电机 

　　采用稀土永磁直驱式发电机，减去了增速箱，传动轴部件，避免出现漏油和因主轴不
同轴而引起的振动，降低了机械故障率，提高了机组效率和可靠性。

 

　　

2.2 二极管整流电路 

　　独立运行的小型风力发电系统多使用桥式不可控整流方式，因为它是由二极管组成。三
相整流器除了把输入的三相交流电能整流为可对蓄电池充电的直流电能之外，另外一个重
要的功能是在外界风速过小或者基本没风的时候，风力发电机的输出功率也较小，二极管
导通方向是由风力发电机的输出端到蓄电池，所以防止了蓄电池对风力发电机的反相供电。

 

　　

2.3 蓄电池 

　　基于性能价格比的考虑，大多数采用铅酸蓄电池。放电终止电压

VD=22V，充电终止电