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寬風速一次可控無觸點式風能吸收器的制作方法

文檔序號:7498501閱讀:290來源:國知局
專利名稱:寬風速一次可控無觸點式風能吸收器的制作方法
技術領域
寬風速一次可控無觸點式風能吸收器
技術領域
本實用新型涉及風力發(fā)電領域,特別涉及寬風速一次可控無觸點式風能吸收器。
背景技術
目前,國內外市場上可見的大中型(百KW以上)風力發(fā)電系統(tǒng)多為并網系統(tǒng),中 小型風力發(fā)電系統(tǒng)一般獨立運行。在風力發(fā)電系統(tǒng)中,由于風力大小在任意長短的時間段 都在變,風機所吸收和輸出的功率(能量)是一個時刻變化的量,即風力發(fā)電機輸出端口的 電壓(指閉路電壓)的頻率和幅值均是不斷變化的量。因此其輸出端很難直接帶恒定負載 或并入電網。在并網的風力發(fā)電系統(tǒng)中,其風能轉化的電能在并網前不但要做整流、逆變、 平波、升壓等電氣方面的技術處理,還要對葉片的速度和速率加以控制、對系統(tǒng)進行增速或 減速等較復雜的技術處理。在獨立運行的中小風力發(fā)電系統(tǒng)中,一般將風力發(fā)電機輸出的 能量進行整流,再把整流后的脈動直流能量儲存入蓄電池,直流負載直接由蓄電池供電,交 流負載則由蓄電池通過逆變裝置供電。這就是目前中小型風力發(fā)電系統(tǒng)的標準供用電模 式。在這種通用的模式中,最常見的弊端是風能利用系數(shù)小,可利用的風速范圍很窄。高速 風能得到利用則低速風能被浪費,低速風能被利用則高速風能必有一部分被浪費。特別是 中低速風能被浪費現(xiàn)象十分嚴重,以至于收不到風力發(fā)電的預期效果。以圖1為例說明如 下如"圖l"所示、風力發(fā)電機輸出電壓標稱值為48V,在額定風速(7-8級)下整流器輸 入交流脈動三相電壓為48-50V(線電壓)左右,整流輸出直流為64. 5-67. 5V左右,被充電 電池組電壓為5X12 = 60V。只有當風力為7-8級風速左右時,整流器輸出閉路電壓才能 略高于電池組端電壓(60V),使電池處于被充電狀態(tài),風能可通過整流器隨時儲存于電池組 E和電容C之中。當風力為6級及以下時,發(fā)電機閉路脈動端電壓將低于47V,此時整流器 輸出直流端電壓將低于63V,只能給虧電的電池組作微充電。當風力為5級及以下時,整流 器直流輸出電壓將低于55V,風力為4級及以下時,直流側輸出會更低(45V以下),在直流 輸出電壓等于或低于電池組端電壓的情況下,風能將無法給蓄電池充電,即風能無法存儲 于電池內,當然也無法供60V及以上電壓等級的負載或裝置使用,因此,此時的風力發(fā)電機 形同虛設。風能全部消耗于機械系統(tǒng)的磨損和飛轉與風力的磨損運動中,不但浪費了唾手 可得的風能,還置風力發(fā)電機于破壞性飛轉的危險之中,或者是使發(fā)電機不停的處于耗能 制動的限速過程中,即使不引起風力發(fā)電機故障,也會大大降低發(fā)電機使用壽命。就技術而 言,雖然可以通過DC/DC電源使整流電壓升高,以保證電池處于充電狀態(tài),但在DC/DC電源 內部不但存在整流、高頻逆變、交流升壓和可控再整流等能量損失,而且在整流過程中的限 壓輸出還直接抑制了較高風速的能量利用,使高風速能量的一大部分消耗于能耗制動的過 程中,因而使系統(tǒng)利用系數(shù)明顯降低,故在實用中沒有得到推廣。

實用新型內容
本實用新型的目的是即克服上述不足問題,提供一種寬風速一次可控無觸點式風 能吸收器。該裝置能夠根據基本風速改變風能存儲路徑、使整流環(huán)節(jié)的直流輸出電壓始終滿足充電條件,使風力發(fā)電機系統(tǒng)的蓄電池始終處于充電狀態(tài),即保證風機葉片所吸收的 絕大部分有效風能都可以被接收和儲存,從而提高風力發(fā)電機的系統(tǒng)利用效率。這種裝置 結構簡單、實現(xiàn)容易、體積小、成本低,便于推廣。 為了達到上述目的,本實用新型提供了一種寬風速一次可控無觸點式風能吸收 器。所述寬風速一次可控無觸點式風能吸收器包括多繞組輸入變壓器、多路交流無觸點 開關、整流器、電壓檢測儀表及選通控制盒;所述多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過交流 無觸點開關與風力發(fā)電機輸出端同相并接,所述多繞組輸入變壓器的二次繞組與整流器連 接,所述整流器的正負極輸出端分別與蓄電池和直流負載相連接;所述電壓檢測儀表輸入 端與風力發(fā)電機輸出端線連接,所述電壓檢測儀表輸出端連接選通控制盒,所述選通控制 盒輸出端連接交流無觸點開關控制極和整流器。 根據本實用新型所述的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器一優(yōu)選技術方案是
所述電壓檢測儀表,采用電壓變換器、電壓互感器或帶極限輸出接點的電壓表。 根據本實用新型所述的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器一優(yōu)選技術方案是
所述選通開關盒是具有計算、比較和控制輸出功能的單片機或工控機或計算機或PLC智能
控制儀器或設備。 根據本實用新型所述的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器一優(yōu)選技術方案是
所述多繞組輸入變壓器是工頻或低頻的鋁芯、銅芯特殊或普通電力變壓器。 根據本實用新型所述的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器一優(yōu)選技術方案是
所述多路交流無觸點開關是可控硅或IGBT或IPM電力電子器件或模塊。 根據本實用新型所述的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器一優(yōu)選技術方案是 所述整流器是二極管或三級管或可控硅或IGBT或IPM電力電子器件或模塊。 本實用新型的有益的技術效果是加裝本實用新型產品的風力發(fā)電系統(tǒng)當實際風 速接近額定風速范圍時,風機輸出電壓直接整流;當實際風速偏離額定風速范圍時,通過改 變原邊繞組升壓后整流、充電。即拓寬了可利用風速的范圍,提高了風力發(fā)電機的利用系 數(shù),又避免了風力發(fā)電機因空載而飛轉的危害。實踐已證明效果極佳。


圖1為現(xiàn)有的小型風力發(fā)蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉換、存儲和輸送的原理電路圖。 圖2為本實用新型實施例的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器的小型風力發(fā) 蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉換、存儲和輸送的原理示意圖。 圖3為本實用新型實施例的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器的多繞組輸入 變壓器原邊為4組繞組的小型風力發(fā)電系統(tǒng)能量吸收、轉換、存儲和輸送的原理示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明。 請參照圖2,圖2為本實用新型實施例的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器的 小型風力發(fā)蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉換、存儲和輸送的原理示意圖。 本實施例中,在風力發(fā)電機輸出端與蓄電池之間增設一套"寬風速一次可控無觸 點式風能吸收器",由一臺多繞組(原邊)輸入、單繞組輸出的電力變壓器、一組多回路交流無觸點開關、一個智能型選通控制盒(如圖2所示)和一套電壓監(jiān)測儀表組成。變壓器原邊 各繞組通過交流無觸點開關同相并聯(lián)于風力發(fā)電機輸出端線,副邊繞組連接整流器,整流 器輸出連接蓄電池及負載。各交流無觸點開關的控制極與智能型選通控制盒相接,智能型 選通控制盒的輸入信號取自電壓檢測儀表,電壓檢測儀表可以設在發(fā)電機輸出端,也可以 設在二次繞組輸出端。由智能型選通控制盒根據檢測到的電壓(即風速)值控制各無觸點 開關組的通斷,即變壓器原邊各繞組的輸出與否受控制盒控制。當風速大于或等于額定風 速時,變壓器工作于直接傳遞能量狀態(tài),發(fā)電機輸出端線直接通過對應的無觸點交流開關 組和整流器對電池和負載供電。當風速小于額定風速時,風力發(fā)電機在選通控制盒的控制 下,通過對應的升壓繞組向副邊傳送能量,副邊接收的能量通過整流器傳遞給電池和負載。 其中,所述多繞組輸入的電力變壓器是具有多變比輸入的電力變壓器,其副邊線 圈為單繞組,原邊每個繞組的匝數(shù)對副邊線圈的匝數(shù)比不同,通過選通不同的繞組可得到 不同值的副邊電壓。 其中,所述交流無觸點開關組是指可控硅或IGBT或IPM等電力電子類器件或模 塊(包括三級管、GTR、 GT0、 P-M0SFET、 IGCT等)。 其中,所述整流器為現(xiàn)代電力電子類無觸點開關,系指可控硅或IGBT或IPM等電 力電子器件或模塊(包括二極管、三級管、GTR、 GT0、 P—M0SFET、 IGCT等)。 其中,所述的智能型選通控制盒是具有計算、比較和控制輸出功能的單片機或工 控機或計算機或PLC等智能控制類儀器或設備。 其中,所述電壓檢測儀表是可以對電壓信號進行檢測與變換的儀表,系指電壓變 送器、電壓互感器、帶有極限輸出接點的電壓檢測儀表。 舉例說明請參照圖3,圖3為本實用新型實施例的寬風速一次可控無觸點式風能 吸收器的多繞組輸入變壓器原邊為4組繞組的小型風力發(fā)電系統(tǒng)能量吸收、轉換、存儲和 輸送的原理示意圖。其相對于副邊的變壓比分別為1/1 (直通組)、1/1. 25 (B2組)、1/1. 5 (B3 組)和1/1.75(84組)。各組分別與編號相同的交流無觸點開關組連接。被充電的蓄電池 電壓為2xl2v = 24v。并接于蓄電池的燈具負載工作電壓為24v。 風力發(fā)電機工作時,由選通控制盒根據實測得的風機輸出端的電壓值的大小,控 制一組無觸點開關處于導通狀態(tài),其余無觸點開關處于阻斷狀態(tài)。系統(tǒng)保持只有無觸點 開關處于導通狀態(tài)的繞組向電池注入能量并向負載供電、而其他繞組均為空載無輸出的狀 態(tài)。例如,當風力在額定風速范圍時,選通控制盒控制無觸點開關"I/'被選通而其它開關 被關閉,系統(tǒng)得到的整流和充電能量直接來自發(fā)電機的輸出端;當風速低于額定風速致使 風機輸出端電壓低于20v時,無觸點開關"12"被選通而其他開關組被關閉,蓄電池得到的 充電能量來自繞組"B/的輸出;當風速變小致使風機輸出端電壓低于16. 3v時無觸點開關 "13"被選通而其他開關被關閉,蓄電池得到的充電能量來自繞組'%"的輸出端;同理,當風 速更小致使風機輸出端電壓低于14v時,無觸點開關"14"被選通,此時蓄電池得到的充電 能量來自繞組B4的輸出端。 系統(tǒng)中的變壓器原邊線圈中始終有一組處于閉合且存在空載損耗的狀態(tài),同時整 流器也一直處于整流接通狀態(tài),因此風機輸出端不會出現(xiàn)虛假電壓,因而電壓檢測儀表得 到的電壓物理信號是可靠的。 以上內容是結合具體的優(yōu)選技術方案對本實用新型所作的進一步詳細說明,不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術領域的普通技術 人員來說,在不脫離本實用新型構思的前提下,還可以做出若干簡單推演或替換,都應當視 為屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求一種寬風速一次可控無觸點式風能吸收器,其特征在于所述寬風速一次可控無觸點式風能吸收器包括多繞組輸入變壓器、多路交流無觸點開關、整流器、電壓檢測儀表及選通控制盒;所述多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過交流無觸點開關與風力發(fā)電機輸出端同相并接,所述多繞組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接,所述整流器的正負極輸出端分別與蓄電池和直流負載相連接;所述電壓檢測儀表輸入端與風力發(fā)電機輸出端線連接,所述電壓檢測儀表輸出端連接選通控制盒,所述選通控制盒輸出端連接交流無觸點開關控制極和整流器。
2. 根據權利要求1所述的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器,其特征在于所述電 壓檢測儀表,采用電壓變換器、電壓互感器或帶極限輸出接點的電壓表。
3. 根據權利要求1所述的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器,其特征在于所述選 通開關盒是具有計算、比較和控制輸出功能的單片機或工控機或PLC智能控制儀器。
4. 根據權利要求1所述的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器,其特征在于所述多 繞組輸入變壓器是工頻或低頻的鋁芯、銅芯特殊或普通電力變壓器。
5. 根據權利要求1所述的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器,其特征在于所述多路交流無觸點開關是可控硅或IGBT或IPM電力電子器件。
6. 根據權利要求1所述的寬風速一次可控無觸點式風能吸收器,其特征在于所述整流器是二極管或三級管或可控硅或IGBT或IPM電力電子器件。
專利摘要本實用新型公開了一種寬風速一次可控無觸點式風能吸收器。所述寬風速一次可控無觸點式風能吸收器包括多繞組輸入變壓器、多路交流無觸點開關、整流器;所述多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過交流無觸點開關與風力發(fā)電機輸出端同相并接,所述多繞組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接,所述整流器的正負極輸出端分別與蓄電池和直流負載相連接。加裝本實用新型產品的風力發(fā)電系統(tǒng)當實際風速接近額定風速范圍時,風機輸出電壓直接整流;當實際風速偏離額定風速范圍時,通過改變原邊繞組升壓后整流、充電。既拓寬了可利用風速的范圍,提高了風力發(fā)電機的利用系數(shù),又避免了風力發(fā)電機因空載而飛轉的危害。實踐已證明效果極佳。
文檔編號H02J7/32GK201523254SQ200920015418
公開日2010年7月7日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權日2009年7月16日
發(fā)明者孫毅彪, 徐云勝 申請人:孫毅彪
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