智能型一次可控有觸點式風能吸收器的製作方法
2023-10-10 10:19:39
專利名稱：智能型一次可控有觸點式風能吸收器的製作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電領域，特別是智能型一次可控有觸點式風能吸收器。背景技術：
目前國內外市場上可見的大中型(百KW以上)風力發電系統多為併網系統， 中小型風力發電系統一般獨立運行。在風力發電系統中，由於風力大小在任意 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， 即風力發電機輸出埠的電壓(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恆定負載或併入電網。在併網的風力發電系統中，其 風能轉化的電能在併網前不但要做整流、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、對系統進行增速或減速等較複雜的 技術處理。在獨立運行的中小風力發電系統中， 一般將風力發電機輸出的能量 進行整流，再把整流後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電系 統的標準供用電模式。在這種通用的模式中，最常見的弊端是風能利用係數小， 可利用的風速範圍很窄。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象十分嚴重，以 至於收不到風力發電的預期效果。以圖1為例說明如下
如"圖l"所示、風力發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—50 V (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於電池組端電壓(60V)，使電池處於被 充電狀態，風能可通過整流器隨時儲存於電池組E和電容C之中。當風力為6 級及以下時，發電機閉路脈動端電壓將低於47V，此時整流器輸出直流端電壓將 低於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 輸出電壓將低於55V,風力為4級及以下時，直流側輸出會更低(45V以下)，在直流輸出電壓等於或低於電池組端電壓的情況下，風能將無法給蓄電池充電，
即風能無法存儲於電池內，當然也無法供60V及以上電壓等級的負載或裝置使
用，因此，此時的風力發電機形同虛設。風能全部消耗於機械系統的磨損和飛
轉與風力的磨損運動中，不但浪費了唾手可得的風能，還置風力發電機於破壞
性飛轉的危險之中，或者是使發電機不停的處於耗能制動的限速過程中，即使
不引起風力發電機故障，也會大大降低發電機使用壽命。就技術而言，雖然可
以通過DC/DC電源使整流電壓升高，以保證電池處於充電狀態，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
大部分消耗於能耗制動的過程中，因而使系統利用係數明顯降低，故在實用中
沒有得到推廣。
發明內容
本發明的目的是克服上述不足問題，提供一種智能型一次可控有觸點式風 能吸收器。該裝置能夠根據基本風速改變風能存儲路徑、使整流環節的直流輸 出電壓始終滿足充電條件，使風力發電機系統的蓄電池始終處於充電狀態，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 發電機的系統利用效率。這種裝置結構簡單、實現容易、體積小、成本低，便 於推廣。
為了達到上述目的，本發明提供的一種智能型一次可控有觸點式風能吸收
器。所述智能型一次可控有觸點式風能吸收器包括多繞組輸入變壓器、多路 主開關、電壓檢測儀表、整流器和智能型選通控制盒；所述主開關由開關主觸 點和開關線圈組成；所述多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過開關主觸點與風 力發電機輸出端同相併接，所述多繞組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接， 整流器的正負極輸出端與蓄電池和直流負載相連接。所述電壓檢測儀表的輸入 端與風力發電機輸出端線或多繞組輸入變壓器的二次繞組B1輸出端連接；所述
電壓檢測儀表的輸出端連接選通控制盒，智能控制盒輸出端連接開關組的線圈。 根據本發明所述的智能型一次可控有觸點式風能吸收器一優選技術方案是所述電壓檢測儀表，採用電壓變送器、電壓互感器或帶極限輸出接點的電 壓表。根據本發明所述的智能型一次可控有觸點式風能吸收器一優選技術方案 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等智能控制儀器或設備。根據本發明所述的智能型一次可控有觸點式風能吸收器一優選技術方案 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。根據本發明所述的智能型一次可控有觸點式風能吸收器一優選技術方案 是所述多路主開關是繼電器、接觸器、啟動器等可以電動控制的通斷控制裝 置。根據本發明所述的智能型一次可控有觸點式風能吸收器一優選技術方案 是所述整流器為一般整流裝置或可控整流裝置，是二極體或三級管或可控矽 或IGBT或IPM電力電子器件或模塊。本發明有益的技術效果是加裝本實用新型產品的風力發電系統當實際風 速接近額定風速範圍時，風機輸出電壓直接整流；當實際風速偏離額定風速範圍時，通過改變原邊繞組升壓後整流、充電。即拓寬了可利用風速的範圍，提 高了風力發電機的利用係數，又避免了風力發電機因空載而飛轉的危害。實踐 已證明效果極佳。
圖1為現有的中小型風力發蓄電系統能量吸收、轉換、存儲和輸送的原理 電路圖。圖2為本發明實施例的智能型一次可控有觸點式風能吸收器的小型風力發蓄電系統能量吸收、轉換、存儲和輸送的原理示意圖。圖3為本發明實施例的智能型一次可控有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蓄電系統能量吸收、轉換、存儲和輸送的 原理示意圖。
具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。請參照圖2，圖2為本發明實施例的智能型一次可控有觸點式風能吸收器的 小型風力發蓄電系統能量吸收、轉換、存儲和輸送的原理示意圖。本實施例中，在風力發電機輸出端與蓄電池之間增設一套"智能型一次可 控有觸點式風能吸收器"，由一臺多繞組(原邊)輸入、單繞組輸出的電力變壓 器、 一組多迴路主開關(由開關主觸點和開關線圈構成)、 一個智能型選通控制 盒、 一組可控整流器和一套電壓監測儀表組成(如圖2所示)。變壓器原邊各繞 組通過相應的開關主觸點同相併聯於風力發電機輸出端，副邊繞組連接可控整 流器，可控整流器輸出端正負極連接蓄電池及直流負載的正負端。各開關主觸 點受各自的開關線圈控制、開關線圈受智能型選通控制盒控制，智能型選通控 制盒的輸入信號取自電壓檢測儀表，電壓檢測儀表可以裝設在發電機輸出端或 二次繞組輸出端。智能型選通控制盒根據檢測到的電壓值(即風速)控制各開 關主觸點的通斷，使變壓器原邊各繞組的輸出與否受控制盒控制。當風速大於 或等於額定風速時，變壓器工作於直接傳遞能量狀態，發電機輸出端線直接通 過對應的開關主觸點和可控整流器對電池和負載供電。當風速小於額定風速時， 風力發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 邊接收的能量通過可控整流器傳遞給電池和負載。所述多繞組輸入的電力變壓器是原邊具有多繞組的電力變壓器，其副邊線 圈為單繞組，原邊每個繞組的匝數對副邊線圈的匝數比不同，通過選通不同的 原邊繞組可得到不同值的副邊電壓。所述可控整流器為現代電力電子整流器件或模塊，係指可控矽或IGBT或IPM 類電力電子器件或模塊(包括二極體、三級管、GTR、 GT0、 P""M0SFET、 IGCT等)。所述的開關主觸點和開關線圈是指繼電器、接觸器、啟動器等可以電動的 通斷類控制裝置。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。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，係指電壓變 送器、電壓互感器、帶有極限輸出接點的電壓表等。舉例說明請參照圖3，圖3為本發明實施例的智能型一次可控有觸點式風 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蓄電系統能量吸收、轉換、存儲和輸送的原理示意圖。其相對於副邊的變壓比分別為1/1 (直通)、1/1.25 (B2組)、1/1.5 (B3組)和1/1.75 (B4組)。各組分別與編號相同的無 觸點開關組連接。被充電的蓄電池電壓為2xl2v=24v。並接於蓄電池的燈具負載 工作電壓為24v。風力發電機工作時，由選通控制盒控制一組開關主觸點處於接通狀態，其 餘開關主觸點處於斷開狀態。系統保持只有處於接通狀態的繞組向電池注入能 量並向負載供電、而其他繞組均為空載無輸出的狀態。例如，在智能型選通控 制盒的控制下，當風力在額定風速範圍時，開關主觸點"K1"被選通而其它開 關被斷開，蓄電池得到的整流充電能量直接來自發電機輸出端；當風速低於額 定風速致使風機輸出端電壓低於20v時，開關主觸點"K2"被選通而其他開關 主觸點被斷開，蓄電池得到的整流充電能量來自繞組"B2"的輸出；當風速再 小致使風機輸出端電壓低於16. 3v時開關主觸點"K3"被選通而其他開關主觸 點被斷開，蓄電池得到的充電能量來自繞組"B3"的輸出；同理，當風速更小 致使風機輸出端電壓低於14v時，開關主觸點"K4"被選通，此時蓄電池得到 的充電能量來自繞組B4的輸出。系統中的變壓器原邊線圈(B2、 B3、 B4)始終有一組處於閉合且存在空載損 耗的狀態，且整流器始終處於對Bl繞組(副邊繞組)進行整流工作狀態，因此 儀表檢測電壓不會出現虛假或懸空信號，即儀表檢測到的電壓值作為判斷風速 大小的物理信號是可靠的。系統中的"可控整流器"只在整流電壓超過蓄電池充電電壓上限時才處於 整流脈寬控制狀態，平時一直處於全波"不控"的整流狀態，因此，受抑制能 量極少，系統浪費很少。以上內容是結合具體的優選技術方案對本發明所作的進一步詳細說明，不 能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通 技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍,
權利要求
1、一種智能型一次可控有觸點式風能吸收器，其特徵在於所述智能型一次可控有觸點式風能吸收器包括多繞組輸入變壓器、多路主開關、電壓檢測儀表、整流器和智能型選通控制盒；所述主開關由開關主觸點和開關線圈組成；所述多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過開關主觸點與風力發電機輸出端同相併接，所述多繞組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接，整流器的正負極輸出端與蓄電池和直流負載相連接；所述電壓檢測儀表的輸入端與風力發電機輸出端線或多繞組輸入變壓器的二次繞組B1輸出端連接；所述電壓檢測儀表的輸出端連接智能型選通控制盒，智能選通控制盒輸出端連接開關組的線圈。
2、 根據權利要求1所述的智能型一次可控有觸點式風能吸收器，其特徵在 於所述電壓檢測儀表，採用電壓變送器、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所述的智能型一次可控有觸點式風能吸收器，其特徵在 於所述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智能控制儀器或設備。
4、 根據權利要求1所述的智能型一次可控有觸點式風能吸收器，其特徵在 於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所述的智能型一次可控有觸點式風能吸收器，其特徵在 於所述多路主開關是繼電器、接觸器、啟動器或可以電動控制的通斷控制裝 置。
6、 根據權利要求1所述的智能型一次可控有觸點式風能吸收器，其特徵在 於所述整流器為一般整流裝置或可控整流裝置，是二極體或三級管或可控矽 或IGBT或IPM電力電子器件或模塊。
全文摘要
本發明公開了一種智能型一次可控有觸點式風能吸收器。包括多繞組輸入變壓器、多路主開關、電壓檢測儀表、整流器和智能型選通控制盒；所述主開關由開關主觸點和開關線圈組成；所述多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過開關主觸點與風力發電機輸出端同相併接，所述多繞組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接，整流器的正負極輸出端與蓄電池和直流負載相連接。加裝本發明產品的風力發電系統當實際風速接近額定風速範圍時，風機輸出電壓直接整流；當實際風速偏離額定風速範圍時，通過改變原邊繞組升壓後整流、充電。既拓寬了可利用風速的範圍，提高了風力發電機的利用係數，又避免了風力發電機因空載而飛轉的危害。實踐已證明效果極佳。
文檔編號H02J7/32GK101604862SQ20091001260
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月16日 優先權日2009年7月16日
發明者娜 劉, 孫毅彪 申請人:孫毅彪