一種垂直軸風力發電機閉環控制系統的製作方法

2023-06-02 22:08:21 1

本實用新型涉及風力發電機技術領域，尤其涉及一種垂直軸風力發電機閉環控制系統。

背景技術：

風力發電機是以風作為能源的發電的一種設備，目前主要有兩類：(1)水平軸風力發電機，風輪的旋轉軸和地面平行；(2)垂直軸風力發電機，風輪的旋轉軸和地面平行。垂直軸風力發電機有Φ型和H型等，H型垂直軸風力發電機的葉輪一般由幾個垂直的葉片圍繞著旋轉軸旋轉。葉輪的旋轉速度隨風速改變而改變，如果風速超過極限，風輪旋轉速就會無限增加最後出現飛車現象，風力發電機就會發生嚴重的破壞。如何即能夠控制風輪的轉速又能隨風速的變化調整葉片的角度使之優質高效的發電和保證風機的安全是該類風力發電機的關鍵技術。

現有垂直軸風力發電機風輪在旋轉過程中要控制轉速使之能穩定運行就要改變葉片的角度，使其在高風速情況下葉片增加阻力降低轉速使之穩定旋轉或停止運轉以保證風力發電機能穩定發電和安全運行。現有技術方案中，控制葉片角度的方法一般都只能簡單利用一些機械限位、鋼絲繩的扯拽、離心力、擺垂等控制，這些方法對葉片的角度都無法準確控制，隨意性大，不能很好控制風輪的轉速，對風機平穩運行和安全都沒有可靠的保障。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種垂直軸風力發電機閉環控制系統，該系統能精確控制葉片的角度，從而能夠全自動、優質高效的使風力發電機在各種風況下穩定安全的發電。

一種垂直軸風力發電機閉環控制系統，所述控制系統包括執行機構、風速傳感器、轉速傳感器和反饋裝置，其中：

所述執行機構進一步包括：伺服電機、旋轉機構、同步轉盤、第一曲柄、連杆和第二曲柄；

所述風速傳感器包括風速儀；

所述轉速傳感器包括轉速儀；

所述反饋裝置包括轉角測試儀；

所述執行機構接收風力發電機按設計要求確定的控制參數，並根據該控制參數啟動風力發電機；

所述風速傳感器檢測所述風力發電機運行現場的實際風速，並將檢測到的實際風速信號傳遞到執行機構；

所述執行機構根據檢測到的實際風速調整所述風力發電機的葉片角度，並由所述反饋裝置檢測葉片的角度是否達到要求的角度，以及經所述轉速傳感器檢測的轉速是否在規定的轉速範圍。

由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，上述系統能精確控制葉片的角度，從而能夠全自動、優質高效的使風力發電機在各種風況下穩定安全的發電。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本實用新型實施例所提供垂直軸風力發電機閉環控制系統的主視圖；

圖2為本實用新型實施例所提供垂直軸風力發電機閉環控制系統的俯視圖。

具體實施方式

下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型的保護範圍。

下面將結合附圖對本實用新型實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為本實用新型實施例所提供垂直軸風力發電機閉環控制系統的主視圖，如圖2所示為該系統的俯視圖，結合圖1和2，所述控制系統包括執行機構、風速傳感器、轉速傳感器和反饋裝置，圖1、圖2中包含的部件為：輪榖1、支撐杆2、葉片3、風速儀4、轉速儀5、伺服電機6、旋轉機構7、同步轉盤8、第一曲柄9、連杆10、第二曲柄11和轉角測試儀12，其中：

所述執行機構包括：伺服電機6、旋轉機構7、同步轉盤8、第一曲柄9、連杆10和第二曲柄11；

所述風速傳感器包括風速儀4；

所述轉速傳感器包括轉速儀5；

所述反饋裝置包括轉角測試儀12。

各部件的連接關係和工作過程為：

所述執行機構接收風力發電機按設計要求確定的控制參數，並根據該控制參數啟動風力發電機；

所述風速傳感器檢測所述風力發電機運行現場的實際風速，並將檢測到的實際風速信號傳遞到執行機構；

所述執行機構根據檢測到的實際風速調整所述風力發電機的葉片角度，由所述反饋裝置檢測葉片的角度是否達到要求的角度，以及經所述轉速傳感器檢測的轉速是否在規定的轉速範圍，以保證所述風力發電機的穩定運行。

具體實現中，所述執行機構根據檢測到的實際風速調整所述風力發電機的葉片角度的過程具體為：

1)當檢測到實際風速達到預設的啟動風速時，所述風速傳感器發出指令通過輪榖中的執行機構-電動轉盤利用曲柄連杆使所述風力發電機的葉片旋轉到系統設定的低風速啟動攻角，風機開始切入運行；

該操作可以在低風速時將葉片轉到一個低風速啟動攻角，使葉片產生旋轉力距將風輪轉動，從而降低切入風速。

2)當檢測到實際風速達到額定風速時，所述風速傳感器發出指令通過執行機構將葉片轉到系統設定的能產生穩定轉速的攻角，由所述轉速傳感器檢測的轉速通過執行結構控制風機的轉速在規定的轉速範圍內運轉，風機(即風力發電機)進入滿發狀態；

該操作可以使葉片實現最大的氣動效率，更有效利用風力資源。

3)當檢測到實際風速達到切出風速時，所述風速傳感器發出指令通過執行機構調整葉片角度達到最大阻力角度，產生阻力，使葉輪轉速下降最後停止，風機切出運行；

4)當轉速傳感器檢測到所述風力發電機停止轉動，所述反饋裝置發出指令通過執行機構使葉片角度固定鎖死，以保證所述風力發電機不會轉動。

這樣即使達到極限風速時，也可以將葉片的角度轉到最大阻力角度，風輪形成空氣制動，從而確保風力發電機的安全。

另外，當現場風速增加，轉速傳感器和風速傳感器都會發出信號，所述控制系統將優先採集精準度高的信號發出指令改變葉片角度，以氣動控制穩定風輪轉速使風機始終優質高效地滿負荷發電。

綜上所述，本實用新型實施例所提供的控制系統能夠解決風機啟動風速高、風輪轉速波動大、發電不穩定、風機無法正常切出運行、不能在極限風速時保證安全等問題，從而能夠全自動、優質高效的使風力發電機在各種風況下穩定安全的發電。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。