[發明專利]諧振高效風力發電裝置及方法

有效

• 申請號: 201710165274.X
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN107070330B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 呂富勇;晁博;馬芙蓉;李鵬生;呂汶蔚;唐迎川;程文燦;江鴻
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00;H02P101/15
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張艷

本發明公開了諧振高效風力發電裝置及方法，本裝置包括風力發電機、LC諧振網絡、電感調節控制器、風速傳感器、微控制器和負載。本方法包括步驟一：安裝本裝置；步驟二：啟動系統；步驟三：微控制器不斷讀取風速傳感器測量的風速值；步驟四：風速降低后，微控制器控制風力發電機增大電感，使電感電壓反勢，將電感能量轉移到輸出電容，使負載的電壓升高，從而抽取了LC諧振網絡能量，返回步驟三；步驟五：風速升高后，微控制器控制風力發電機減小電感，風力發電機吸收更多的風能儲存到LC諧振網絡，返回步驟三。本發明利用LC諧振網絡實現能量的智能高效管理分配，從而使發電系統盡可能的吸收風能，減少已吸收能量的損失，提高風力發電的效率。

技術領域

本發明涉及諧振高效風力發電裝置及方法，屬于風力發電技術領域。

背景技術

風能是一種清潔無污染的可再生能源，大規模利用風能，普及風力發電，對改變能源結構、保護環境具有重要的意義。但風能能量密度較低，風向和風力大小的不確定性，導致風力發電效率一直難以提高，如何提高風力發電效率一直是風電技術研究的重點。現有提高風力發電效率的專利，如公開號為CN102146887A、CN104696164A的專利，采用不同的形式，在垂直軸風力發電機的迎風面設置擋板，擋住氣流在風力發電機風輪上產生阻力，提高旋轉扭矩，從而提高風力發電效率，但該方法增加了結構的復雜性和不穩定性，在強風條件下，容易受到破壞，且僅僅適用于垂直軸風力發電機；如公開號為CN201696229U、CN102278280A的專利，使用一種聚風面裝置，增加風量，從而提高風力發電效率，但該方法增加了結構的復雜性和不穩定性，在強風條件下，容易受到破壞，且效率提升并不明顯。如公開號為CN102022258A、CN103147936A、CN102465844A、CN205559158U等專利，均是設計了新型的葉片結構或是不同的葉片曲線，優化最佳的葉片模型，從而提高風力發電效率，但不同葉片結構，其啟動風速、最佳運行風速、尖速比、抗風性均不同，因此對安裝環境的風速要求比較高,不易實現。

發明內容

為了解決上述存在的問題，本發明公開了一種諧振高效風力發電裝置及方法，其具體技術方案如下：

諧振高效風力發電裝置，包括風力發電機、LC諧振網絡、電感調節控制器、風速傳感器、微控制器和負載，所述風力發電機的一個輸出繞組接LC諧振網絡的兩個輸入端，所述LC諧振網絡的輸出端接負載，同時為電感調節控制器供電，電感調節控制器由微控制器控制改變電感量，所述電感調節控制器連接控制LC諧振網絡，所述風速傳感器采集風速信號并將風速信號傳遞給微控制器。

所述LC諧振網絡包括一個連續可調的可調電感和諧振電容，所述可調電感的電感量連續可調，所述諧振電容選用無極性電容，LC諧振網絡是一個儲能網絡，風速變高時儲存能量，風速降低時釋放能量。

所述風力發電機選用小型垂直軸風力發電機，所述小型垂直軸風力發電機包括發電機塔架、發電機基座、葉片、葉片支撐臂和發電機，帶有微控制器的電路板置于塔架內，LC諧振網絡及電感調節控制器安裝在發電機基座內，LC諧振網絡的兩個輸入端接發電機的一個輸出繞組，電感調節控制器與微控制器相連，風速傳感器安裝在發電機的頂部，與微控制器相連。

所述微控制器選用STM32單片機，使用STM32單片機的PWM功能控制電機驅動器，所述微控制器通過風速傳感器實時測量當前風速值，不同的風速對應不同的風力發電機理論最大輸出功率，當風速變小時，微控制器控制電感調節控制器增加電感，使電感電壓反勢，從而把電感能量轉移到電容輸出；當風速變大時，微控制器控制電感調節控制器減小電感，使得LC諧振網絡吸收更多的風能儲存到諧振儲能網絡，從而保證，無論是風速增大或是減小，LC諧振網絡始終保持諧振調節狀態，吸收風能，減少已吸收能量的損失。

所述負載選用電器或電網逆變器。