[發(fā)明專利]一種一拖多垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410778281.3
• 申請(qǐng)日: 2014-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104533723A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉淑琴;邊忠國(guó);錢寶錕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): F03D9/00
• 分類號(hào): F03D9/00;F03D7/06
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種一拖多垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前的大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)一般為一臺(tái)風(fēng)力機(jī)帶一臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)電，在低風(fēng)速時(shí)(切入風(fēng)速附近)由于接收的風(fēng)能功率小，這時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī)遠(yuǎn)達(dá)不到額定功率，因而所帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率也很低。即切入風(fēng)速時(shí)，能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電，但是，這時(shí)的發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)達(dá)不到額定功率，因而發(fā)電機(jī)的工作效率很低。如果這個(gè)時(shí)候風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)的是小功率發(fā)電機(jī)，此小功率發(fā)電機(jī)幾乎工作在額定功率狀態(tài)，則發(fā)電機(jī)的效率就大大提高，也就是說(shuō)，隨著風(fēng)力的變化，風(fēng)力機(jī)所拖動(dòng)的發(fā)電機(jī)的功率如果可以變化，則可以基本保持風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的功率相匹配狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種一拖多垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及其控制方法，本系統(tǒng)使用一臺(tái)風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)多臺(tái)發(fā)電機(jī)，根據(jù)風(fēng)力的大小不同，可以方便調(diào)整發(fā)電機(jī)的整體投入發(fā)電的功率，使得風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的功率在風(fēng)速變化的過(guò)程中始終相匹配。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種一拖多垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，包括垂直軸風(fēng)力機(jī)、多個(gè)額定功率相同的發(fā)電機(jī)、控制器、風(fēng)速檢測(cè)裝置和支撐平臺(tái)，其中，所述垂直軸風(fēng)力機(jī)固定于支撐平臺(tái)上，所述發(fā)電機(jī)沿垂直軸風(fēng)力機(jī)的中心均勻分布于垂直軸風(fēng)力機(jī)周圍，所述垂直軸風(fēng)力機(jī)通過(guò)控制器控制各個(gè)發(fā)電機(jī)的切入和切出，控制器連接風(fēng)速檢測(cè)裝置，接收其采集的實(shí)時(shí)風(fēng)速。

所述發(fā)電機(jī)的功率小于風(fēng)力機(jī)的功率，所有發(fā)電機(jī)的額定功率之和等于風(fēng)力機(jī)的額定功率。

優(yōu)選的，所述發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)為2-4個(gè)。

一種基于上述系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

(1)風(fēng)速檢測(cè)裝置將檢測(cè)到的風(fēng)速傳輸給控制器；

(2)控制器判斷風(fēng)速是否達(dá)到切入風(fēng)速，如果到達(dá)切入風(fēng)速，控制器將一臺(tái)發(fā)電機(jī)投入使用；

(3)控制器讀取實(shí)時(shí)風(fēng)速，根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速與額定風(fēng)速值，依次投入其他發(fā)電機(jī)。

所述步驟(1)中，風(fēng)速檢測(cè)裝置根據(jù)風(fēng)力機(jī)獲取風(fēng)功率P公式：

P=12ρυ3CpA,]]>

ρ為空氣密度，υ表示風(fēng)速，C_p是風(fēng)能利用系數(shù)，A表示風(fēng)力機(jī)掃風(fēng)面積。

所述步驟(3)的具體方法為：根據(jù)風(fēng)功率的大小控制接入的發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)與之匹配。

所述步驟(3)中，當(dāng)發(fā)電機(jī)的數(shù)量為4臺(tái)時(shí)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速時(shí)控制接入第一臺(tái)發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速的66％時(shí)，風(fēng)機(jī)功率超過(guò)額定功率的此時(shí)控制器接入第二臺(tái)發(fā)電機(jī)；當(dāng)風(fēng)速為額定風(fēng)速的85％時(shí)，風(fēng)機(jī)功率超過(guò)額定功率的此時(shí)控制器接入第三臺(tái)發(fā)電機(jī)；當(dāng)風(fēng)速為額定風(fēng)速的92％時(shí)，風(fēng)機(jī)功率超過(guò)額定功率的此時(shí)控制器接入第四臺(tái)發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明的工作原理為：本發(fā)明可以增大切出風(fēng)速，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時(shí)間。大風(fēng)時(shí)，一拖一的結(jié)構(gòu)根據(jù)風(fēng)力機(jī)的可靠性即便能夠繼續(xù)工作，但是由于發(fā)電機(jī)已經(jīng)超負(fù)荷發(fā)電，只得切出，浪費(fèi)了高風(fēng)速的風(fēng)能。一拖多垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，即一臺(tái)風(fēng)力機(jī)可帶動(dòng)多臺(tái)發(fā)電機(jī)，根據(jù)風(fēng)速的不同而確定接入運(yùn)行的臺(tái)數(shù)，達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率與風(fēng)能功率的匹配，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體性能，達(dá)到提高效率、節(jié)能、降耗的目的。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)可以降低切入風(fēng)速，增加發(fā)電時(shí)間：由于開(kāi)始時(shí)只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)工作，負(fù)載小，風(fēng)力機(jī)可以輕易帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的滿負(fù)荷工作；

(2)發(fā)電的運(yùn)行過(guò)程中風(fēng)力機(jī)功率與發(fā)電機(jī)總體功率始終相匹配，每臺(tái)發(fā)電機(jī)都基本工作在額定狀態(tài)，提高了發(fā)電機(jī)的工作效率；而不是象用一臺(tái)發(fā)電機(jī)時(shí)，剛切入發(fā)電時(shí)，由于風(fēng)速小，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低，遠(yuǎn)離額定狀態(tài)，效率低；

(3)本發(fā)明可以增大切除風(fēng)速，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時(shí)間；

(4)本發(fā)明一拖多結(jié)構(gòu)，根據(jù)風(fēng)力大小調(diào)節(jié)接入的發(fā)電機(jī)，在風(fēng)力機(jī)可以承受范圍內(nèi)，都可以保證發(fā)電機(jī)正常工作，所以本發(fā)明還可以擴(kuò)大工作風(fēng)速范圍。也就是增加了年發(fā)電時(shí)數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的控制多臺(tái)發(fā)電機(jī)切入切除系統(tǒng)布置圖；