[實用新型]升力型垂直軸風力發電機組的電驅啟動系統

有效

• 申請號: 201320844784.7
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN203627089U
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 王建輝;宋佩棟
• 申請（專利權）人: 國能風力發電有限公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D7/06;H02P9/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 趙郁軍

技術領域

本實用新型與升力型垂直軸風力發電機組有關，尤指一種可在較低風速狀態下驅動升力型垂直軸風力發電機組啟動的系統。

背景技術

目前，隨著能源與環境的壓力增加，風能這種清潔環保，且低成本的能源越來越受到重視，而且隨著技術的發展，垂直軸風力發電機組因其具有低噪音，不像水平軸風力發電機的葉輪一樣需要隨著風向而旋轉對風等優點，受到人們越來越多的關注。

其中升力型垂直軸風力發電機組由于具有較高的風能利用效率得到了廣泛的應用。較高效率的升力型垂直軸風力發電機組一般具有較高的尖速比和較低的實度。這里，尖速比是指葉片的旋轉線速度和風速之比；實度是指所有葉片在葉片旋轉掃掠面上的垂直投影面積和與葉片旋轉掃掠面積之比。

但是較高效率的升力型垂直軸風力發電機組的實度一般都較低，其氣動特性決定了在某一風速下，如果其轉速在低于能進行最大功率轉換的轉速以下一定轉速段時，其有一個最低的風力驅動轉矩。特別是在較低風速下，該最低的驅動轉矩有可能低于該轉速段風力發電機組風輪連接的所有軸承的摩擦阻力轉矩和發電機電磁阻力轉矩之和，導致風力發電機組的風輪不能越過該較低轉速段，從而不能實現較高效率的風能轉換。所以，較低實度垂直軸風力發電機組在低風速時其風輪不能從一開始的靜止狀態開始在風力的驅動下逐步加速到較高速后獲得較高的驅動轉矩以更多地把風能轉換為機械能。如果沒有除風力外的外力作用，風力發電機組需要在一個較高的風速vs的作用下，才能自行從靜止啟動加速到較高的轉速后持續發電運行。但是實際上只要風速在某一最小風速vmin之上，且有除風力外的外力驅動風力發電機組加速運轉到超過某一最低運行轉速nmin，垂直軸風力發電機即可持續運轉發電，vmin要遠小于vs。因此，沒有采取驅動措施的較低實度升力型垂直軸風力發電機組的啟動風速較高，其應用得到了限制。

為了解決此問題，一些升力型垂直軸風力發電機組采用較高實度的葉片，其單個葉片弦長較長，葉片個數較多，以使得垂直軸風力發電機組能在低風下就能啟動。但是由于其葉片材料增加使得葉片成本較高，強風時迎風截面較大，葉片受到的水平方向的風力合力增大，導致桿塔和基礎載荷增大，從而使得桿塔和基礎的建造費用上升，經濟效益不佳。

另外，還有一些升力型垂直軸風力發電機組采用無鐵心發電機，使得發電機的電磁阻力轉矩較小，所以升力型垂直軸風力發電機組的總的阻力轉矩也減小，從而可以在低風速風力狀態下就可啟動。但是無鐵心發電機效率較低，容量小，成本高，散熱困難，可靠性較差，限制了風力發電機組的整體發電能力。

因此，如何使升力型垂直軸風力發電機組在較低風速狀態下即可克服阻力轉矩而啟動，為本行業所亟需解決的問題。

實用新型內容

本實用新型的主要目的在于提供一種在較低風速狀態下驅動升力型垂直軸風力發電機組啟動的系統。該啟動系統可以使得升力型垂直軸風力發電機組的啟動風速明顯降低，在低風速風力地區也可克服阻力轉矩而啟動。

為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種升力型垂直軸風力發電機組的電驅啟動系統，以升力型垂直軸風力發電機組內的永磁同步發電機為基礎，它包含：

一電驅控制器，所述電驅控制器分別電連接升力型垂直軸風力發電機組內的永磁同步發電機和一具有充電和供電功能的電源，串聯成一啟動電路；所述電驅控制器利用所述電源作為輸入驅動永磁同步發電機旋轉；

一第一自動開關，串聯在所述永磁同步發電機與所述電驅控制器之間；

一主控制器，所述主控制器串聯在所述永磁同步發電機的交流輸出端與所述電源之間，形成一發電電路；所述永磁同步發電機發出的交流電經過所述主控制器變換后向所述電源輸電；

一第二自動開關串聯在發電電路上，電連接永磁同步發電機和主控制器；

所述主控制器分別電連接所述第一自動開關和所述第二自動開關；以控制所述第一自動開關和所述第二自動開關的閉合和斷開；

一風速傳感器，所述風速傳感器電連接所述主控制器，把風速信號傳送給所述主控制器；

當外界風速v大于垂直軸風力發電機組能夠切入發電的最低風速vmin以及低于垂直軸風力發電機組最高運行風速，且垂直軸風力發電機組的轉速n小于在該最低風速vmin時垂直軸風力發電機組可以維持運轉發電的最低轉速nmin時，所述主控制器控制所述第一自動開關閉合，所述電驅控制器利用所述電源作為輸入驅動所述永磁同步發電機轉動，從而帶動垂直軸風力發電機組加速旋轉，使垂直軸風力發電機組的轉速n大于nmin；此時，所述永磁同步發電機相當于永磁電動機；