智能型二次可控無觸點式風能吸收器的製作方法
2023-05-20 22:39:51 1
專利名稱：智能型二次可控無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，特別涉及一種智能型二次可控無觸點式 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，因此，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。大型風力發電系統由於併網運行等原因， 一般通過關注和控制葉 輪速度、速率等指標尋求最大功率輸出和安全運行。中小型風力發電系 統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。實用中儘管有通過DC/DC電源提高整流 電壓的技術，但由於其內部存在整流、逆變再整流等中間環節，其調壓 範圍內存在限制能量輸入的較大區域，所以效率不高，因此應用實例不 很多。絕大多部分的實例如圖1所示。在"圖1"實例中，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，此時只能給虧 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。實用中雖然有通過DC/DC電源提高整流電壓的技術和實例， 但由於涉及整流-逆變一升壓一再整流等環節，能量傳送過程中存在較多 的限制區域，因此效率不高，沒有普遍應用。
發明內容
本發明的目的是克服上述不足問題，提供一種智能型二次可控無觸 點式風能吸收器，能夠根據基本風速的大小改變風能存儲路徑、使整流輸出電壓在寬風速範圍內滿足風能存儲條件。該裝置使風力發電機系統 的蓄電池始終處於充電狀態，即保證風機葉片所吸收的低於額定值的絕 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。該裝置結構簡單、實現容易、體積小、成本低，便於推廣。
本發明克服現有技術所採用的技術方案是提供一種智能型二次可 控無觸點式風能吸收器。所述智能型二次可控無觸點式風能吸收器包括: 多繞組輸出變壓器，多路整流開關組和智能型選通控制盒；所述多繞組 輸出變壓器的輸入端與風力發電機輸出端相接，所述多繞組輸出變壓器 的各二次繞組分別與對應的可控整流開關組連接，可控整流開關組的輸 出端與蓄電池母線直流負載相連接。
根據本發明所述的智能型二次可控無觸點式風能吸收器一優選技術 方案是所述多繞組輸出變壓器的原邊接有帶報警接點的三相電壓檢測 儀表；所述三相電壓檢測儀表輸出端連接選通控制盒；所述選通控制盒 的多線輸出端連接各可控整流開關組的控制極。
根據本發明所述的智能型二次可控無觸點式風能吸收器一優選技術 方案是所述三相電壓監視儀表採用電壓變換器、電壓互感器或帶極限 輸出接點的電壓表。
根據本發明所述的智能型二次可控無觸點式風能吸收器一優選技術 方案是所述多繞組輸出變壓器的副邊為多繞組輸出，採用工頻、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二次可控無觸點式風能吸收器一優選技術 方案是所述多路整流開關組是可控矽或IGBT或IPM或三級管等電力電子器件或模塊。
根據本發明所述的智能型二次可控無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智能控制儀器或設備。
本發明的智能型二次可控無觸點式風能吸收器有益的技術效果通 過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， 原邊電壓直接整流；當實際風速偏離額定風速範圍時，經過副邊相應繞 組升壓後充電；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；實踐己證明效果極佳。
圖1為現有技術的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2為本發明裝有智能型二次可控無觸點式風能吸收器的小型風力 發蓄電系統能量吸收、轉換、存儲和輸送的原理電路圖3為本發明實施例的裝有智能型二次可控無觸點式風能吸收器的 小型風力發蓄電系統能量吸收、轉換、存儲和輸送的原理電路圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及具體實施方式
對本發明做詳細說明。 請參照圖2，在風力發電機輸出端與蓄能蓄電池之間增設一套"智 能型二次可控無觸點式風能吸收器"，由一臺多繞組(副邊)輸出的電力 變壓器、 一組多迴路可控整流開關組、 一個智能型選通控制盒和一組電壓監測儀表組成(如圖2所示)。變壓器原邊繞組(單)與風力發電機輸 出線相接，副邊每個繞組連接一組無觸點可控整流開關，所有可控整流 開關組的正極輸出端均並接於蓄能電池正極母線，負極輸出端並接於電 池負極母線。各整流開關組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連接於變壓器一次繞組的檢測儀表。由智能型 選通控制盒根據發電機輸出線的電壓(即風速)控制各可控整流開關組 的通斷和整流控制角，即變壓器副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，原邊 三相線路直接通過對應的整流開關組對電池和負載供電。當風速小於額 定風速時，變壓器工作於升壓傳送能量狀態，風能通過變壓器原邊、副 邊升壓線圈和對應的整流開關組向蓄電池和負載供電。
所述多繞組輸出的電力變壓器是具有多變比輸出的電力變壓器，其 副邊線圈為多組，每組線圈匝數對原邊線圈的匝數比不同，從而保證在 同一原線圈電壓下，不同的副邊繞組可得到不同值的副邊電壓。
所述整流開關組為現代電力電子類無觸點開關，係指可控矽或IGBT 或IPM類電力電子器件或模塊(包括功率三級管、GTR、 GTO、 P—MOSFET、 IGCT等)。
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把電壓信號檢測與變換儀表，係指電壓變 送器、電壓互感器、帶有極限輸出接點的電壓檢測儀表。
請參照圖3:本發明一具體實施例是，風力發蓄電系統中的電力變壓器(B)副邊為4組繞組，其相對於原邊的變壓比分別為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 同的整流開關組連接。中間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，由選通控制盒根據實測得的風機輸出端的電壓 值的大小，控制一組整流開關組處於整流狀態，其餘整流開關組處於阻 斷狀態。即風機工作時只有一組繞組向電池注入能量並向負載供電，其 他繞組均處於空載無輸出狀態。例如，當風力在額定風速範圍時，
"II"組整流開關組被選通而其它整流開關組被關閉，蓄電池得到 的充電能量來自發電機輸出端；當風速低於額定風速致使風機輸出端電 壓低於20v時，"12"整流開關組被選通而其他蒸餾開關組被關閉，蓄電 池得到的充電能量來自繞組"B2"的輸出；當風速變小致使風機輸出端 電壓低於16.3v時"13"整流開關組被選通而其他整流開關組被關閉，蓄 電池得到的充電能量來自繞組"B3"的輸出端；同理，當風速更小致使 風機輸出端電壓低於14v時，"14"整流開關組被選通，此時蓄電池得到 的充電能量來自繞組"B4"的輸出端。只需通過變壓器二次繞組與可控 整流開關的配合，即可使電池在任意有效風速範圍內都處於充電狀態。
系統中的變壓器原邊線圈Bl始終處於閉合且存在空載損耗的狀態， 因此風機輸出端不會出現虛假電壓，因而把風機輸出端電壓作為判斷風 速大小的物理信號是可靠的。
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、一種智能型二次可控無觸點式風能吸收器，其特徵在於所述智能型二次可控無觸點式風能吸收器包括多繞組輸出變壓器，多路可控整流開關組和選通控制盒；所述多繞組輸出變壓器的輸入端與風力發電機輸出端相接，所述多繞組輸出變壓器的各二次繞組分別與對應的可控整流開關組連接，可控整流開關組的輸出端與蓄電池正極母線和直流負載相連接，負極與蓄電池負極母線相連接。
2、 根據權利要求1所述的智能型二次可控無觸點式風能吸收器，其 特徵在於所述多繞組輸出變壓器的原邊接有帶報警接點的三相電壓檢 測儀表；所述三相電壓檢測儀表輸出端連接選通控制盒；所述選通控制 盒的多線輸出端連接各可控整流開關組的控制極。
3、 根據權利要求1或2所述的智能型二次可控無觸點式風能吸收器，其特徵在於所述三相電壓監視儀表是電壓變換器、電壓互感器或帶極 限輸出接點的電壓表。
4、 根據權利要求3所述的智能型二次可控無觸點式風能吸收器，其 特徵在於所述多繞組輸出變壓器的副邊為多繞組輸出，採用工頻、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4所述的智能型二次可控無觸點式風能吸收器，其 特徵在於所述多路整流開關組是可控矽、IGBT、 IPM、或三級管電力電 子器件或模塊。
6、 根據權利要求5所述的智能型二次可控無觸點式風能吸收器，其 特徵在於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、工控機、計算機或PLC智能控制儀器或設備。
全文摘要
本發明公開了一種智能型二次可控無觸點式風能吸收器。包括多繞組輸出變壓器，多路可控整流開關組和選通控制盒；所述多繞組輸出變壓器的輸入端與風力發電機輸出端相接，所述多繞組輸出變壓器的各二次繞組分別與對應的可控整流開關組連接，可控整流開關組的輸出端與蓄電池正極母線和直流負載相連接，負極與蓄電池負極母線相連接。本發明能夠根據基本風速的大小改變風能存儲路徑、使整流輸出電壓在寬風速範圍內滿足風能存儲條件，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低於額定值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，本發明結構簡單、實現容易、體積小、成本低，便於推廣。
文檔編號H02M7/04GK101594062SQ20091001233
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月1日 優先權日2009年7月1日
發明者孫毅彪 申請人:孫毅彪