CN101469668B - 小功率电磁减速限压型风光互补发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及小功率电磁减速限压型风光互补发电系统，在原有发电系统的基础上增加了电磁涡流减速器，该减速器同轴设于风力发电机的转子的轴上，并通过一开关电路与智能控制器连接。本发明在原有发电系统的基础上增加了一套电磁涡流减速器，通过智能控制器的自动控制，实现风机超速时自动减速，或蓄电池发生过充电时自动限压，使风力机不论在何种情况下，其发电机转速和蓄电池电压始终不会超过设定值，使其始终处于安全、可靠的工作状态。

Description

小功率电磁减速限压型风光互补发电系统
技术领域
本发明涉及发电系统，特别是涉及一种小功率电磁减速限压型风光互补发电系统。
背景技术
如图1，小型风力发电机的转速与风速成正比，风速越高转速越快，而且风力机的输出电压是与风力机的转速成正比的，转速越快，则电压越高。
由于常规的小型风力发电机的转速不能及时准确的控制，造成风力发电机输出电压变化幅度很大，有时会远远超出允许的电压范围。而且在蓄电池发生过充电时，工作中的风力发电机也无法调整工作状态，严重影响系统的可靠性和安全性。有的系统增加直流泄荷负载进行电压控制，一方面这种消极泄放时，风力发电机仍在高速运行，影响安全性和寿命。另一方面泄荷器是一个热源，造成了新的不安全因素。
小型风力发电机为追求价格便宜，加工方便，绝大多数功率小于500W的机型均采用被动式风轮偏侧调速方式。即当风速达到预定值时，受风压驱动，风轮迎风而开始偏离风向，风轮减速，当风速达到停机风速时，风轮旋转到与风向平行的方向，使风轮停止转动，达到保护目的。这种偏离风向的调速方式，调速速度慢，调速范围不精确，且受风向变化影响大。
例如：输出充电电压额定值为42V(DC)，蓄电池组电压为36V(DC)的500W的小型风力发电机的额定转速为400r/min。
但在实际运行中，由于风速增速快于风轮偏侧调速，所以在调速过程中，发电机转速瞬时值可达到600r/min以上，甚至达到700r/min，远高于额定转速400r/min。
因此，造成发电机输出电压超出50V(DC)，瞬时可达80V(DC)。如果蓄电池脱离系统，如虚接或蓄电池失效，空载电压一般都在80V(DC)以上，瞬时值可达到150V(DC)。
这时系统中的控制器、逆变器均会因输入电压超压而损坏。
另外，当蓄电池已经充满时，如果仍然有风速较高的风，这时发电机仍将对蓄电池充电。因为发电机只随风速而调速，并不与蓄电池是否过充电相关联。所以很容易发生蓄电池过充电现象，损坏蓄电池或影响其寿命。
现在为防止过充电，许多小系统增加了直流泄荷负载，由控制器根据蓄电池电压状态来调控泄荷器工作状态。这种方式虽然有效果，但一方面风机仍在高速运转，继续充电也会影响风力发电机的寿命和安全；另一方面泄荷器是一个直流负载，是一个热源，造成了用户新的不安全因素，不是一个良好的作法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种小功率电磁减速限压型风光互补发电系统。
本发明的技术方案可以通过以下技术方案实现：小功率电磁减速限压型风光互补发电系统，包括至少一台风力发电机、至少一个太阳能发电组件、智能控制器、蓄电池，以及与交流负载连接的逆变器，所述的风力发电机整流后与太阳能发电组件并联，并通过智能控制器与蓄电池及逆变器连接，其特征在于，还包括电磁涡流减速器，该减速器同轴设于风力发电机的转子的轴上，并通过一开关电路与智能控制器连接；当风力发电机转速超速或蓄电池电压超过限定值时，智能控制器发出指令，导通开关电路，电磁涡流减速器工作，风力发电机产生的电流回馈给磁涡流减速器，对电磁铁励磁，形成涡流，涡流的反力矩使风力发电机的风轮减速或停机，实现风机超速时自动减速，或蓄电池发生过充电时自动限压，使风力机不论在何种情况下，其发电机转速和蓄电池电压始终不会超过设定值
所述的风力发电机上安装有电压传感器及风速传感器，上述传感器均与智能控制器连接。
与现有技术相比，本发明在原有发电系统的基础上增加了一套电磁涡流减速器，通过智能控制器的自动控制，实现风机超速或蓄电池发生过充电时减速或停机，使风力机不论在何种情况下，其发电机转速和蓄电池电压始终不会超过设定值，使其始终处于安全、可靠的工作状态，在不增加成本的前提下，实现小型风光互补系统的技术升级。
附图说明
图1为现有的光伏发电系统的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图2所示，小功率电磁减速限压型风光互补发电系统，包括至少一台风力发电机、至少一个太阳能发电组件、智能控制器、蓄电池，以及与交流负载连接的逆变器，所述的风力发电机整流后与太阳能发电组件并联，并通过智能控制器与蓄电池及逆变器连接，还包括电磁涡流减速器，该减速器同轴设于风力发电机的转子的轴上，并通过一开关电路与智能控制器连接；当风力发电机转速超速或蓄电池电压超过限定值时，智能控制器发出指令，导通开关电路，电磁涡流减速器工作，风力发电机产生的电流回馈给磁涡流减速器，对电磁铁励磁，形成涡流，涡流的反力矩使风力发电机的风轮减速或停机，实现风机超速时自动减速，或蓄电池发生过充电时自动限压，使风力机不论在何种情况下，其发电机转速和蓄电池电压始终不会超过设定值。
所述的风力发电机上安装有电压传感器及风速传感器，上述传感器均与智能控制器连接。
由于风力机的输出电压是与风力机的转速成正比的关系。因而当风机超速时，风力机的输出电压就会超过设定电压。
在风力机的转子轴上安装同轴的电磁涡流减速器，在风力机转速超速时，电磁涡流减速器开始工作，风力机轴上被加入一个反向电磁力矩，能使风机减速，当反向电磁力矩足够大时，还能使风力机停机。
因而不需直流泄荷器等，就可完全使风力机的输出电压不超出限定电压值，从而对系统进行可靠保护。
电磁涡流减速器由六只电磁线圈构成，并通过一个开关控制电路与智能控制器相连接。电磁涡流减速器采用转子极靴用低碳钢制造，用不锈钢作端环，不导磁而导电形成涡流体系，对永磁转子既有保护去磁的作用同时又形成一个笼式涡流转子。
当六只电磁线圈中通入电流时，就会产生一个阻止转子转动的反向磁场，使发电机轴子的速度下降，当此反向力矩足够大时，风力发电机将停止转动。
本系统由单片机制成智能型控制器。风力机上安装有风速传感器及电压传感器，并与智能型控制器相连接，当发电机转速超速或蓄电池电压超过限定值时，由智能控制器发出指令，开关电路导通，风力发电机产生的电流回馈给电磁涡流减速器，对电磁铁励磁，使涡流盘形成涡流，涡流的反力矩使风轮转速下降或停机，从而起到减速限压作用。
本发明可有效调控发电机的转速，甚至停车。并采用PWM脉宽调制方式调整电磁涡流减速器的磁场强度，适度给以制动力矩，因而风机输出电压也得到有效控制，即使在蓄电池脱载时，空载电压也不会超过限定值。
我们利用输出电压和风力发电机转子的转速作为信号来源，将风力发电机产生的电流回遗对电磁铁励磁涡流盘形成涡流，涡流的反力矩使风轮转速下降，从而起到稳速稳压作用，使发电机部分的价格一点也没有上升，却省去了泄荷器。
电磁调速是无接触式调速，无磨损、长寿命、高可靠。而省掉直流泄荷器这种热源，更提高了系统的安全性和可靠性。
通过风轮偏侧与电磁调速相结合的方式，使额定转速400r/min的500W风力发电机的转速严格控制在520r/min范围以内，不论在何种风速下，均不发生超速现象。
实测表明风力发电机转速瞬态、常态均可靠控制在510r/min以内。达到了稳定转速的目标。
由于风是不停的变化，我们对电磁回遗电流采用PWM的脉宽调制方法调整电磁场强度。适度的给以制动力矩。使整个过程连续稳定，从仪表上看不到参数抖动状态。电压稳定在42伏到43.9伏。
解决超速之后，使风力发电机输出充电电压的变化范围控制在1/4以内。发电机额定充电电压为42V(DC)，最高充电电压应不超过43.9V(DC)，空载电压有效值不超过45V(DC)。本发明实测证实，最高充电电压43.8V(DC)，最高空载电压为45V(DC)，实现了稳定电压的目的。
电磁调速过程平稳连续，无抖动。实现了由智能控制器对小型风力发电机运转进行减速限压。大大提高了机组运行的平稳性、安全性和可靠性。
另外由于风力发电机实现了减速限压，可以大大降低小型风力发电系统、小型风光互补发电系统的故障率，显著提高可靠性和安全性。将会促进小型风力、风光互补发电产业的壮大和发展，具有巨大的社会效益。
本发明采用FD2.5-0.5/8型500W风力发电机、100Wp太阳电池组件、600W单相逆变器。

Claims (2)

1.小功率电磁减速限压型风光互补发电系统，包括至少一台风力发电机、至少一个太阳能发电组件、智能控制器、蓄电池，以及与交流负载连接的逆变器，所述的风力发电机整流后与太阳能发电组件并联，并通过智能控制器与蓄电池及逆变器连接，其特征在于，还包括电磁涡流减速器，该电磁涡流减速器同轴设于风力发电机的转子的轴上，并通过一开关电路与智能控制器连接；当风力发电机转速超速或蓄电池电压超过限定值时，智能控制器发出指令，导通开关电路，电磁涡流减速器工作，风力发电机产生的电流回馈给电磁涡流减速器，对电磁铁励磁，形成涡流，涡流的反力矩使风力发电机的风轮减速或停机，实现风力发电机超速时自动减速，或蓄电池发生过充电时自动限压，使风力发电机不论在何种情况下，其发电机转速和蓄电池电压始终不会超过设定值。
2.根据权利要求1所述的小功率电磁减速限压型风光互补发电系统，其特征在于，所述的风力发电机上安装有电压传感器及风速传感器，上述电压传感器及风速传感器均与智能控制器连接。
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