小型风力发电机的电力变换装置
由于风能的随机性，发电机所发出电能的频率和电压都是不稳定的，以及蓄电池只能存储直流电能，无法为交流负载直接供电。因此，为了给负载提供稳定、高质量的电能和满足交流负载用电，需要在发电机和负载之间加入电力变换装置，这种电力变换装置主要由整流
器、逆变器、控制器、蓄电池等组成。
1 整流器
整流器的主要功能是对风力发电机输出的三相交流电进行整流，整流后的直流电经过控制器再对蓄电池进行充电。一般采用的都是三
相桥式整流电路。在风电支路中整流器的另外一个重要的功能是，在外界风速过小或者基本没风的情况下，风力发电机的输出功率也较小
，由于三相整流桥的二极管导通方向只能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向供电。
独立运行的小型风力发电系统中，有风轮驱动的交流发电机，需要配以适当的整流器，才能对蓄电池充电。根据风力发电系统的容量
不同，整流器分为可控与不可控两种。可控整流器主要应用在功率较大的系统中，可以减小电感过大带来的体积大、损耗大等缺点；不可
控整流器主要应用于小功率系统中。
2 逆变器
逆变器是在电力变换过程中经常使用到的一种电力电子装置，它的主要作用就是将蓄电池存储的或由整流桥输出的直流电转变为负载
所能使用的交流电。目前独立运行小型风电系统的逆变器多数为电压型单相桥式逆变器。在风力发电中所使用的逆变器要求具有较高的效
率，特别是轻载时的效率要高，这是因为风电发电系统经常运行在轻载状态。另外，由于输入的蓄电池电压随充、放电状态改变而变动较
大，这就要求逆变器能在较大的直流电压变化范围内正常工作，而且要保证输出电压的稳定。
过去风力机的控制器和逆变器是分开的，现在多数厂家都采用控制器和逆变器一体化的方案。控制器将发电机发出的交流电整流后，
充入蓄电池组。逆变器将蓄电池组输出的直流电转换成220V交流电，并提供给用电器。
逆变器按输人方式分为两种：
（1）直流输入型：逆变器输入端直接与电瓶连接的产品；
（2）交流输入型：逆变器输入端与风力发电机组的发电机交流输出端连接的产品，即控制、逆变一体化的产品。
逆变器的保护功能有：
（1）过充保护：当风速持续较高，蓄电池充电很足，蓄电池组电压超过额定电压1.25倍时，控制器停止向蓄电池充电，多余的电流流
向卸荷器。
（2）过放保护：当风速长期较低，蓄电池充电不足，蓄电池组电压低于额定电压0.85倍时，逆变器停止工作，不再向外供电。当风速
再增高，蓄电池组电压恢复到额定电压的1.1倍时，逆变器自动恢复工作、向外供电。
3 蓄电池
在独立运行的小型风力发电系统中，广泛采用蓄电池作为蓄能装置。蓄电池的作用是当风力较强或负荷减小时，可以将来自风力发电
机发出的电能中的一部分储存在蓄电池中，也就是向蓄电池充电。当风力较弱、无风或用电负荷增大时，储存在蓄电池中的电能向负荷供
电，以补足风力发电机所发电能的不足，达到维持向负荷持续稳定供电的作用。
蓄电池主要有普通蓄电池、碱性镉镍蓄电池以及阀控式密封铅酸蓄电池三类。普通铅酸蓄电池由于具有使用寿命短、效率低、维护复
杂、所产生的酸雾污染环境等问题，其使用范围很有限，目前已逐渐被阀控式密封铅酸蓄电池所淘汰。阀控式密封铅酸蓄电池整体采用密
封结构，不存在普通铅酸蓄电池的气涨、电解液渗漏等现象，使用安全可靠、寿命长，正常运行时无须对电解液进行检测和调酸加水，又
称为免维护蓄电池，目前已被广泛地应用到邮电通信、船舶交通、应急照明等许多领域。碱性镉镍蓄电池的特点是体积小、放电倍率高、
运行维护简单、寿命长，但由于它单体电压低、易漏电、造价高且容易对环境造成污染，因而其使用受到限制，现主要应用在电动工具及
各种便携式电子装置上。
目前在大多数风电系统或太阳能光伏系统中采用的都是阀控式密封铅酸蓄电池。蓄电池是影响风电系统寿命的关键因素，对阀控式密
封铅酸蓄电池充放电的控制直接影响蓄电池的寿命，不合理的充放电将直接导致蓄电池的崩溃。在大多数的风电系统中，都是由CPU来监测
并控制蓄电池的充放电过程，较多采用分阶段法来优化充电过程。因为分阶段充电过程符合阀控式密封铅酸蓄电池的特性，能很好地保护
蓄电池，延长其使用寿命。
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