專利名稱：風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電制冷制熱系統(tǒng)，特別是一種實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與制冷制熱裝置 的功率匹配的風(fēng)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
壓縮機(jī)制冷制熱技術(shù)應(yīng)用廣泛，如冷凍冷藏、空調(diào)、熱水器等。通常，壓縮機(jī)制冷 制熱裝置依賴電能驅(qū)動(dòng)，需要消耗大量的電能，在整個(gè)生產(chǎn)生活用電負(fù)荷中占有相當(dāng)?shù)谋?重。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的逐漸成熟與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用方式也正逐步 拓展，開始由較為單一的并網(wǎng)或離網(wǎng)供電應(yīng)用轉(zhuǎn)向結(jié)合其它下游技術(shù)的應(yīng)用方向轉(zhuǎn)變。中國發(fā)明專利，專利號(hào)“200610123895. 3”公開了一種風(fēng)力驅(qū)動(dòng)制冷及熱泵的驅(qū) 動(dòng)方法和裝置，利用大自然風(fēng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)，然后由風(fēng)力渦輪機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)壓 縮機(jī)制冷或制熱。該發(fā)明專利采用機(jī)械傳動(dòng)方式，不需產(chǎn)生電能，能量轉(zhuǎn)換直接，但是傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，故障率高，壓縮機(jī)制冷制熱裝置須就近安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)旁，應(yīng)用靈活性較 差，并且壓縮機(jī)的負(fù)載特性和風(fēng)力渦輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性的不相匹配，適應(yīng)風(fēng)速范圍較小，系統(tǒng) 效率較低，性能和指標(biāo)很難滿足多樣化的生產(chǎn)生活需求。因此，確實(shí)需要一種結(jié)構(gòu)簡單可靠能夠高效利用風(fēng)能的壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種令壓縮機(jī)負(fù)載功率與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大輸出功率實(shí)現(xiàn) 實(shí)時(shí)匹配的風(fēng)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組、風(fēng)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器、以及包含由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的制冷制熱裝置。該風(fēng)電壓縮 機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括整流濾波模塊、電阻制動(dòng)模塊、變頻器以及主控模塊。整流濾波模塊將風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組的交流電轉(zhuǎn)換為直流電并傳輸至變頻器。電阻制動(dòng)模塊包括串聯(lián)的功率電阻和功率 管，該功率管的驅(qū)動(dòng)極由所述主控模塊控制工作于脈沖寬度調(diào)制方式，從而令電阻制動(dòng)模 塊可變地消耗直流電能，以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊直流電壓。變頻器由主 控模塊控制令風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以最大輸出功率運(yùn)行的方式而輸出變化的頻率。主控模塊被設(shè) 置為根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大功率曲線來計(jì)算變頻器的輸出頻率。其中，最大輸出功率由 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出交流電的頻率確定。有利的是，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為三相永磁直接驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)，通過測量風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組輸出的交流電頻率可計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大輸出功 率可由交流電的頻率確定。進(jìn)一步有利的是，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)的變頻器的輸入還連接 市電或柴油發(fā)電機(jī)，并且由主控模塊控制令系統(tǒng)僅在風(fēng)力電能不滿足系統(tǒng)用電需求的情況 下由市電或柴電補(bǔ)充供電，否則優(yōu)先消耗風(fēng)電。通過上述技術(shù)方案使本發(fā)明取得的技術(shù)優(yōu)勢在于，適應(yīng)性強(qiáng)，效率高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組始終工作于最大輸出功率狀態(tài)，從而制冷制熱效率最高；節(jié)約成本，無中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，即 不需要配置蓄電池組。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)原理框圖。圖2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)和壓縮機(jī)負(fù)載的功率特性曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明所提供的一種風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)，包括風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組1、風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2和制冷制熱裝置3。其中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的三相輸 出連接風(fēng)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2的三相輸入，風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2的變頻驅(qū)動(dòng)輸出連接制 冷制熱裝置3的供電輸入，風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2的信號(hào)輸入連接制冷制熱裝置3的信 號(hào)輸出，風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2的控制輸出連接制冷制熱裝置3的控制輸入。根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1為三相永磁直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 整機(jī)采用防腐蝕處理，能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境條件。三相永磁直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量選 擇靈活，發(fā)電效率高，可靠性好，維護(hù)量低。根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2包括整流濾波模塊21、電阻制 動(dòng)模塊22、變頻器23以及主控模塊24。整流濾波模塊21包含整流橋211和濾波電容212， 用于將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的交流電轉(zhuǎn)換為直流電并傳輸至變頻器23。電阻制動(dòng)模塊22包含 串聯(lián)的功率電阻221和功率管222，用于消耗直流電能，其功率管222由主控模塊24控制令 電阻制動(dòng)模塊22可變地消耗直流電能，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊直流 電壓。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的三相輸出接整流濾波模塊21的三相輸入，整流濾波模塊21的 直流輸出接變頻器23的直流輸入；市電或柴油發(fā)電的三相輸入接變頻器23的三相輸入。 同時(shí)，變頻器23的三相輸出接壓縮機(jī)制冷制熱裝置3的電動(dòng)機(jī)31的三相輸入。主控模塊 24的驅(qū)動(dòng)輸出連接電阻制動(dòng)模塊22的功率管222的驅(qū)動(dòng)極；主控模塊24的模擬信號(hào)輸出 連接變頻器23的頻率設(shè)定輸入；主控模塊24的啟?？刂戚敵鲞B接變頻器23的啟?？刂?輸入；主控模塊24的換向閥控制輸出連接壓縮機(jī)制冷制熱裝置3的電磁換向閥控制輸入。 整流濾波模塊21的正極輸出連接于功率電阻221的一端以及變頻器23的直流輸入正極， 功率電阻211的另一端連接功率管222的集電極；整流濾波模塊21的負(fù)極輸出連接功率管 222的發(fā)射極和變頻器23的直流輸入負(fù)極。變頻器23為一般市售的通用變頻器，可通過模 擬信號(hào)來設(shè)定輸出頻率。根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)制冷制熱裝置具體實(shí)施例包括電動(dòng)機(jī)31、壓縮機(jī)32、冷凝 器33、電磁換向閥34、節(jié)流元件35和蒸發(fā)器36。其中，蒸發(fā)器36與電磁換向閥34、電磁換 向閥34與壓縮機(jī)32、壓縮機(jī)32與冷凝器33、冷凝器33與節(jié)流元件35、節(jié)流元件35與蒸發(fā) 器36之間通過金屬管路構(gòu)成一個(gè)密閉的冷媒循環(huán)空間，壓縮機(jī)32由電動(dòng)機(jī)31直接驅(qū)動(dòng)， 電磁換向閥34的控制輸入接風(fēng)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2的換向閥控制輸出。制冷循環(huán)的工作過程為低溫低壓的液態(tài)冷媒首先在蒸發(fā)器36里從低溫?zé)嵩次鼰岵⑵癁榈蛪赫羝?，?jīng)電磁換向閥34在壓縮機(jī)32內(nèi)壓縮為高溫高壓的蒸汽，該高溫高壓 蒸汽在冷凝器33內(nèi)被高溫?zé)嵩蠢鋮s凝結(jié)為高壓液體，再經(jīng)節(jié)流元件35節(jié)流為低溫低壓液 態(tài)冷媒，就此完成一個(gè)制冷循環(huán)。制熱循環(huán)的工作過程為由壓縮機(jī)32排出的高壓冷媒蒸汽經(jīng)電磁換向閥34流入 蒸發(fā)器36，冷凝時(shí)放出熱量，冷凝后的液態(tài)冷媒反向流過節(jié)流元件35進(jìn)入冷凝器33，吸收 熱量后蒸發(fā)，冷媒蒸汽經(jīng)電磁換向閥34被壓縮機(jī)32吸入，就此完成一個(gè)制熱循環(huán)。風(fēng)電壓 縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2通過主控模塊24控制電磁換向閥34的狀態(tài)控制冷媒在密閉循環(huán)空間的流 向，從而控制制冷和制熱工況的轉(zhuǎn)換。電阻制動(dòng)模塊22在主控模塊24的控制下工作于脈沖寬度調(diào)制模式，通過主控模 塊24輸出的模擬信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)制功率管222的占空比即脈沖寬度，從而令電阻制動(dòng)模塊22 可變地消耗直流電能，以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊直流電壓，繼而實(shí)時(shí)控制 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)。風(fēng)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2能夠快速響應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組1的運(yùn)行控制需求，即使壓縮機(jī)制冷制熱裝置3突然退出運(yùn)行，風(fēng)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2也能 夠獨(dú)立控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1減速直至停機(jī)，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的安全運(yùn)行。主控模塊24還包含一信號(hào)輸入端口，通過該端口輸入檢測到的整流濾波模塊21 的電流輸入和輸出。主控模塊24根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1輸出的交流電頻率可計(jì)算出風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組1的轉(zhuǎn)速，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的最大輸出功率可以由交流電的頻率來確定。主控 模塊24被設(shè)置為根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的最大輸出功率曲線來計(jì)算變頻器23的輸出頻率， 而變頻器23則在主控模塊24的控制下令風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1以最大輸出功率運(yùn)行的方式而輸 出變化的頻率。根據(jù)圖2所示的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1和壓縮機(jī)32的功率特性曲線，實(shí)線表示不同風(fēng)速 條件下風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速_功率特性即其驅(qū)動(dòng)特性，點(diǎn)劃線表示不同風(fēng)速條件下風(fēng)機(jī)的最大輸出 功率曲線，虛線則表示用風(fēng)力渦輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的情況下，得到的轉(zhuǎn)速-功率特性即 負(fù)載特性曲線。從圖中可以看出，若采用風(fēng)力渦輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，工作風(fēng)速范圍較窄， 而且很難達(dá)到較高的效率。本發(fā)明由于采用了電氣傳動(dòng)方式，相當(dāng)于在風(fēng)力渦輪機(jī)與壓縮 機(jī)之間設(shè)置了一個(gè)電子式無級(jí)變速裝置，通過無級(jí)調(diào)整變速比，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的 平方轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)特性與壓縮機(jī)32恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性之間的轉(zhuǎn)矩匹配和風(fēng)力發(fā)電的最大功率跟 蹤，即通過調(diào)整負(fù)載特性曲線，由圖中虛線表示的負(fù)載特性調(diào)整為點(diǎn)劃線表示的負(fù)載特性， 使風(fēng)輪的驅(qū)動(dòng)特性和壓縮機(jī)32的負(fù)載特性很好地匹配，使系統(tǒng)的工作范圍風(fēng)速拓寬，轉(zhuǎn)換 效率大幅提高。在實(shí)現(xiàn)過程中，風(fēng)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器2根據(jù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最 大輸出功率，由壓縮機(jī)32的負(fù)載特性確定壓縮機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，控制壓縮機(jī)32變轉(zhuǎn)速運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明所提供的這種風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)的變頻器23的輸出頻率 的計(jì)算步驟如下
a)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特性獲得轉(zhuǎn)速-功率特性曲線即其驅(qū)動(dòng)特性曲線，并通過測量 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出交流電頻率來計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最 大輸出功率曲線；
b)根據(jù)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速_功率特性曲線計(jì)算變頻器的輸出頻率；
c)比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速(N)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大允許轉(zhuǎn)速(Nmax)，若N>Nmax，以轉(zhuǎn) 速為反饋控制電阻制動(dòng)模塊運(yùn)行以限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速；d)比較整流濾波模塊直流電壓(U)與變頻器允許輸入的最大直流電壓(Umax)，若 U>UmaX，以直流電壓為反饋控制電阻制動(dòng)模塊的運(yùn)行以限制整流濾波模塊輸出的直流電壓。本發(fā)明的優(yōu)勢在于，通過計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大機(jī)械功率，進(jìn)而確定變頻器的 最佳輸出頻率，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組始終工作于最大輸出功率狀態(tài)。利用電阻制動(dòng)模塊，可以 消耗過剩的電能，以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊直流電壓，繼而實(shí)時(shí)控制風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，從而確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電制冷制 熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單可靠，無中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，不需要配置蓄電池組，因而還達(dá)到節(jié)約成本的效^ ο盡管上面通過舉例說明，已經(jīng)描述了本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的保護(hù) 范圍并不僅限于上述說明，而是由所附的權(quán)利要求給出的所有技術(shù)特征及其等同技術(shù)特征 來定義。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以理解的是，在不背離本發(fā)明所教導(dǎo)的實(shí)質(zhì)和精髓前提下， 任何修改和變化可能仍落在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)，包括一風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1)、以及一包含由電動(dòng)機(jī)(31)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)(32)的制冷制熱裝置(3)，其特征在于還包括一風(fēng)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器(2)，所述風(fēng)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器(2)包括一整流濾波模塊(21)、一電阻制動(dòng)模塊(22)、一變頻器(23)以及一主控模塊(24)，其中所述整流濾波模塊(21)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電并傳輸至變頻器(23)；所述電阻制動(dòng)模塊(22)由主控模塊(24)控制而可變地消耗直流電能，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊的直流電壓；所述變頻器(23)由主控模塊(24)控制令風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1)以最大輸出功率運(yùn)行的方式而輸出變化的頻率；并且所述主控模塊(24)被設(shè)置為根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1)的最大功率曲線來計(jì)算變頻器(23)的輸出頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)，其特征在于所述最大輸出功 率由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的交流電頻率確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)，其特征在于所述變頻器 (23)的輸入還連接市電或柴油發(fā)電機(jī)(4)，并且由所述主控模塊(24)控制令系統(tǒng)僅在風(fēng) 力電能不滿足系統(tǒng)用電需求的情況下由市電或柴電補(bǔ)充供電，否則令系統(tǒng)優(yōu)先消耗風(fēng)力電 能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)，其特征在于所述整流濾波 模塊(21)包括一三相整流橋(211)和一濾波電容(212 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)，其特征在于所述電阻制動(dòng) 模塊(22)包括串聯(lián)的功率電阻(221)和功率管(222)，該功率管(222)的驅(qū)動(dòng)極由所述主控 模塊(24)控制工作于脈沖寬度調(diào)制方式，從而令電阻制動(dòng)模塊(22)可變地消耗直流電能 以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊直流電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組(1)為三相永磁直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
全文摘要
一種風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器和包含由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的制冷制熱裝置。所述風(fēng)力發(fā)電壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的交流電轉(zhuǎn)換為直流電的整流濾波模塊，用于控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速與整流濾波模塊直流電壓的電阻制動(dòng)模塊，與壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電阻制動(dòng)模塊相連接的變頻器，以及主控單元。該主控單元被設(shè)置為控制變頻器的輸出頻率令風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以最大輸出功率運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)力電能不滿足系統(tǒng)用電需求的情況下令市電或柴電補(bǔ)充供電，否則令系統(tǒng)優(yōu)先消耗風(fēng)力電能，并且還控制電阻制動(dòng)模塊可變地消耗直流電能,以限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和整流濾波模塊直流電壓，從而使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，高效率且無需蓄電池因而節(jié)約成本。
文檔編號(hào)F02B63/04GK101982716SQ201010530708
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者何雪松, 俞衛(wèi), 葉余勝, 董斌 申請(qǐng)人:上海致遠(yuǎn)綠色能源有限公司