[發明專利]一種用于新型垂直軸風力發電系統的控制裝置

無效

• 申請號: 200810036801.8
• 申請日: 2008-04-29
• 公開（公告）號: CN101272056A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 柴志雷;王琪;李勇
• 申請（專利權）人: 上海愛瑞科技發展有限公司
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40;H02P9/00
• 代理公司: 上海三方專利事務所
• 代理人: 吳干權

[技術領域]

本發明涉及電力供給的技術領域，具體地說是一種用于新型垂直軸風力發電系統的控制裝置。

[背景技術]

自然風中蘊藏著巨大的能量，它是一種無污染、可再生的綠色能源。我們已經可以通過垂直軸風輪將風能轉換成機械能，并通過復合傳動機構和離心式變慣量機械儲能機構獲得較為穩定的機械能，可以驅動發電機發電了。但這不是我們的最終目的，我們要實現的是并網發電，所以必須達到頻率、相位和電壓與電網同步，俗稱同期。

目前流行兩種同期并網發電的方案：一種是發電-整流-蓄電-逆變-并網模式，該模式調節靈敏度高、精確性好，但是對電網的電磁污染較大、輔助裝備如蓄電池及UPS等成本高、并且還存在一定的環境污染，所以正在中、大功率應用中被逐步淘汰。另一種是變速恒頻直接發電并網模式，該模式可以自動適應風動力機械的轉速，通過應用雙饋控制技術，使發電機直接輸出可同期并網的電能，理論上可以省略蓄電環節，但是需要配置特殊轉子的發電機、自耗能較大、IGBT損壞率較高、低風速時性能降低、并且雙饋控制系統的知識產權由外國公司掌握，所以導致成本居高不下。值得一提的是，這兩種模式都回避了對發電機轉速的控制。

針對這種現狀，開發設計出一種基于發電機轉速控制直接并網發電的方案，走具有中國特色的技術路線是完全可行的。

[發明內容]

本發明的目的在于提供一種帶有機械儲能的非剛性聯接垂直軸風力發電系統的控制裝置。

為了實現上述目的，設計一種用于新型垂直軸風力發電系統的控制裝置，包括校頻、鎖相、綜合模塊，垂直軸風力發電系統，主時鐘Clk_glb，電網標準脈沖信號Pulse_Ne，其特征在于：

(a)主時鐘Clk_glb一端連接控制裝置一端，電網標準脈沖信號Pulse_Ne一端連接控制裝置一端，垂直軸風力發電系統的機械儲能式風動力機的輸出脈沖信號Pulse_N0一端連接控制裝置一端，控制裝置設有脈沖信號輸出連接垂直軸風力發電系統，垂直軸風力發電系統的一端脈沖信號反饋至控制裝置一端；所述的控制裝置由校頻、鎖相、綜合三個模塊構成。

(b)在一定頻率的主時鐘Clk_glb驅動下，完成發電機輸出脈沖信號Pulse_N和電網標準脈沖信號Pulse_Ne的頻率及相位的比較，并根據兩者之間的頻率差值、相位差值、以及機械儲能式風動力機的輸出脈沖信號Pulse_N0產生對耦合模塊的調節信號Pulse_out，以此調節發電機的轉速，使發電機輸出信號達到并網要求。

控制裝置的校頻模塊上設有主時鐘Clk_glb信號輸入端、機械儲能式風動力機輸出脈沖信號輸入端Pulse_N0，主時鐘Clk_glb輸入一端抽頭一端連接鎖相模塊，電網脈沖信號Pulse_Ne抽頭一端連接鎖相模塊，發電機脈沖信號Pulse_N抽頭一端連接鎖相模塊，校頻模塊輸出端連接綜合模塊輸入一端，鎖相模塊輸出端連接綜合模塊輸入另一端，綜合模塊產生脈沖信號輸出，所述的校頻模塊比較Pulse_N和Pulse_Ne的脈沖寬度即頻率，并采用比較結果和Pulse_N0的頻率值作為校頻依據；所述的鎖相模塊在Pulse_N和Pulse_Ne頻率相等時工作，比較Pulse_N和Pulse_Ne的相位差值，并根據該差值以及Pulse_N0的頻率值作為鎖相依據；所述的綜合模塊根據校頻和鎖相依據決定輸出脈沖Pulse_out。

校頻模塊由脈沖寬度計數器、脈沖寬度比較器、校頻依據產生模塊連接組成，所述的校頻模塊以主時鐘Clk_glb脈沖寬度為單位，分別度量Pulse_Ne、Pulse_N、Pulse_N0的脈沖寬度，并對Pulse_Ne、Pulse_N的脈沖寬度進行比較，以此確定發動機輸出頻率是否達到并網要求，并采用比較結果和Pulse_N0的頻率值作為校頻依據，該校頻依據就是綜合模塊中Pulse_out脈沖信號計數器應具有的初始計數值，它決定了Pulse_out的頻率。

鎖相模塊由相位計數器、相位差比較器、鎖相依據產生模塊連接組成，所述的鎖相模塊以主時鐘Clk_glb脈沖寬度為單位，度量Pulse_N的上升沿或下降沿到Pulse_Ne的上升沿或下降沿之間的寬度，即Pulse_N和Pulse_Ne的相位差值，以此確定發電機輸出信號相位是否達到并網要求，并根據該差值以及Pulse_N0的頻率值作為鎖相依據，該鎖相依據就是綜合模塊中Pulse_out脈沖信號計數器每個主時鐘Clk_glb時的遞減因子，它決定了Pulse_out的相位偏移。