CN103527414A - 基站用风力储能发电及后备储能发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基站用风力储能发电及后备储能发电设备，包括：电网监测控制器，连接电网，用于监测用电设备用电的实时状态，和控制后备电源的开启或关闭；不间断电源，连接电网和电网监测控制器，由电网监测控制器控制其开启或关闭；电力分配器，连接电网监测控制器和不间断电源，控制从备用电源向用电设备输出的电力；还包括运动机械能储存单元，所述运动机械能储存单元连接风动力装置和发电机，进而通过发电机连接到电力分配器，由电力分配器接入用电设备。本发明通过机械能储能单元，利用物理方法实现储能，突破了化学电池的局限。具有体积小、成本低，对温度要求不高，维护简单，使用寿命长，高效、节能、环保的特点。

Description

基站用风力储能发电及后备储能发电设备

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，尤其涉及一种基站用风力储能发电及后备储能发电设备。

背景技术

风能是一种清洁的、储量极为丰富的可再生能源，它和存在于自然界的矿物质燃料能源，如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化和利用而减少，因此可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源。而矿物质燃料储量有限，正在日趋减少，况且其带来的严重的污染问题和温室效应正越来越困扰着人们。因此风力发电正越来越引起人们的关注。

全球风能资源极为丰富，技术上可以利用的资源总量估计约53×106亿kWh/年。作为可再生的清洁能源，受到世界各国的高度重视。近20年来风电技术有了巨大的进步，发展速度惊人。

中国的风能资源十分丰富。根据全国900多个气象站的观测资料进行估计，中国陆地风能资源总储量约32.26亿KW，其中可开发的风能储量为2.53亿KW，而海上的风能储量有7.5亿KW，总计为10亿KW。

随着社会的发展，人们对移动通信的需求口益加大，移动运营商对移动基站的建设也越来越多。目前通讯基站所用的供电系统多为电网提供的市电，经过整流和DC/DC变换即开关电源向通讯模块供电，市电虽然较为方便，但是它的局限性较大，因为很多通讯基站都需要安装在偏远地区，很多移动基站建在偏远的山区或荒芜地带，在建设移动基站时，需要同时配置电源站供移动电站正常运作，在实际使用过程，突发状况(如暴雪或雷电)可能会导致电源站无法给移动基站供电，因此需要配置移动基站备用电源。

在通信基站电源系统设计中，供电电源和备用电源是整个电源系统的重要组成部分，其投资占整个电源系统的20％-30％。经过调查，发现目前所使用的备用电源的利用率非常低。现有的移动基站备用电源主要是蓄电池，例如比较典型的不间断电源(UPS)。但是电池长期处于浮充状态，会降低电池的使用寿命，且可靠性低。

发明内容

本发明利用风能通过机械能储能单元，利用物理方法实现储能，突破了化学电池的局限，提供了一种高效、节能、环保的基站用风力储能发电及后备储能发电设备。实现以风力储能发电为主，电网供电为辅向基站供电，停电时也能用风力储能进行发电向基站供电。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种基站用风力储能发电及后备储能发电设备，包括：

发电机，用于实现风力储能发电和后备储能发电；

电网监测控制器，用于监测和控制用电设备的用电实时状态，控制风力储能发电及后备储能发电，控制不间断电源的开启或关闭；

不间断电源，连接电网监测控制器，由电网监测控制器控制其开启或关闭；

电力分配器，连接电网监测控制器和不间断电源，控制从风力储能发电、电网、后备发电向用电设备基站输出电力；

还包括风动力装置和运动机械能储存单元，所述运动机械能储存单元连接风动力装置和发电机，进而通过发电机连接到电力分配器，由电力分配器接入用电设备；所述的风动力装置设置在基站发射塔的顶端或高处，并为运动机械能储存单元和发电机提供能量。

针对以上技术方案的进一步改进，所述的运动机械能储存单元，它包括机座、控制器1和变速箱，还包括主动轴，主动轴通过第一离合器与变速箱连接，在主动轴上还通过若干个第二离合器并联安装有若干个内设平面蜗卷弹簧的储能装置。

针对以上技术方案的进一步改进，所述储能装置包括从动轴、平面蜗卷弹簧和储能筒，以及由1个太阳轮、3个行星轮、1个齿圈构成的行星齿轮机构；所述太阳轮与从动轴固接；储能筒设置在齿圈外侧并作为行星架支撑3个行星轮；3个行星轮的行星轴在进入储能筒内的位置上各设置一根或并联多根平面蜗卷弹簧；平面蜗卷弹簧一端与行星轴连接，另一端连接储能筒；主动轴从从动轴的内部通过，从动轴的一端和主动轴通过第二离合器连接。

针对以上技术方案的进一步改进，在所述每个储能装置上设置一个在该储能装置储能到一定量后自动连接下一个储能装置使其开始工作的连动控制装置。

针对以上技术方案的进一步改进，所述连动控制装置包括一个连动齿轮，其外齿与齿圈的外齿啮合；还包括与连动齿轮固定的连动轴、限位滑槽、限位螺母，以及在限位滑槽两端各安装一个限位开关；还包括连动控制系统；所述连动轴在位于限位滑槽上方的一段为螺纹，限位螺母拧在该螺纹上，且限位螺母的下部卡在限位滑槽内。

针对以上技术方案的进一步改进，所述两个限位开关均为微动开关，其中一个为储能限位开关，另一个为释能限位开关，分别在储能时或释能时被限位螺母触动后由连动控制系统将下一个储能装置的第一离合器和第二离合器合上，同时将当前储能装置的第离合器和第二离合器脱开。

针对以上技术方案的进一步改进，所述风动力装置包括叶片和转子，叶片与转子之间机械连接；风动力装置的下方设有电磁离合器，电磁离合器连接电网监测控制器，由电网监测控制器控制电磁离合器储能与发电。

针对以上技术方案的进一步改进，所述风动力装置上方还设有避雷针。

针对以上技术方案的进一步改进，风动力装置通过传动带或齿轮传动机构，带动所述的主动轴转动。

针对以上技术方案的进一步改进，所述控制器连接并控制主动轴连接到发电机或/和风动力装置。

本发明通过机械能储能单元，利用物理方法实现储能，突破了化学电池的局限。具有体积小、费用低，对温度要求不高，维护简单，使用寿命长，高效、节能、环保的特点。甚至在一些边远的没有连通电网的地区，也能使基站正常工作。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2是本发明运动机械能储能单元的立体结构示意图；

图3是本发明运动机械能储能单元的俯视示意图；

图4是图2中的A-A剖面图；

图5是图2中的B-B剖面图；

图6是图2中的C-C剖视图；

图7是本发明中储能装置的俯视剖视图；

图8是本发明中储能装置的半机构简图；

图9是本发明中风动力装置结构示意图；

其中：1-控制器；2-变速箱；3-第一离合器；4-轴座；6-第二离合器；7-储能装置；7a-轴座；7b-齿圈；7c-储能筒；7d-连动轴；7e-限位滑槽；7f-限位螺母；7g-连动齿轮；7h-轴座；7i-行星轮；7j-行星轴；7k-太阳轮；7m-平面蜗卷弹簧；7n-释能限位开关；7p-储能限位开关；8-钢绳；10-主动轴；11-刹车器；12-从动轴；21-叶片；22-转子；23-电磁离合器；25-避雷针。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

一种基站用风力储能发电及后备储能发电设备，如图1所示，包括：风动力装置、运动机械能储存单元、发电机、电网监测控制器、不间断电源和电力分配器。电网监测控制器连接电网、不间断电源和电力分配器，用于监测基站用电的实时状态，控制风力储能发电及后备储能发电；不间断电源作为一种后备电源，连接电网和电力分配器，并由电网监测控制器控制其开启或关闭；电力分配器连接到基站，控制从风力储能发电、电网、后备发电向基站输出的电力。所述运动机械能储存单元连接风动力装置和发电机，进而通过发电机连接到电力分配器，由电力分配器接入用电设备；同时运动机械能储存单元也连接电网监测控制器，并受其监控。所述的风动力装置设置在基站发射塔的顶端或高处，并为运动机械能储存单元提供能量。

具体工作方式为：首先风动力装置将风能储存在运动机械能储存单元里，用于电网停电的后备储能发电能源，如果遇到停电，在电网监测控制器的控制下，启动不间断电源，在不间断电源短暂的供电时间内(60秒)启动运动机械能储存单元工作带动发电机发电(由于启动运动机械能储存单元工作到带动发电机发出符合要求的平稳电力需要10-15秒时间，在此时间内由不间断电源提供短暂的电力)，由电力分配器控制从电网切换到不间断电源、再切换到储能后备发电向基站输出电力；在风动力装置将风能储存在运动机械能储存单元里并达到后备储能发电所需能量的情况下，风力依然很大，则在电网监测控制器的控制下启动运动机械能储存单元工作、带动发电机发电，实现边储能边发电的风力储能发电。由于发电机是由运动机械能储存单元带动的平稳发电，就克服了由于风动力装置直接带动发电机发电受风力影响发电不稳定的问题。由电力分配器控制从电网切换到风力储能发电向基站输出电力；在风力不足或没有风时、在保持将风能储存在运动机械能储存单元里并达到后备储能发电所需能量的情况下，在电网监测控制器的控制下停止运动机械能储存单元工作，由电力分配器控制从风力储能发电切换到电网向基站输出电力；

如图2、图3所示，所述的运动机械能储能单元15，它包括机座、控制器1和变速箱2，还包括主动轴10，主动轴10通过第一离合器3与变速箱2连接，在主动轴10上还通过若干个第二离合器6并联安装有若干个内设平面蜗卷弹簧7m的储能装置7。

如图7、图8所示，所述储能装置7包括从动轴12、平面蜗卷弹簧7m和储能筒7c，以及由1个太阳轮7k、3个行星轮7i、1个齿圈7b构成的行星齿轮机构；所述太阳轮7k与从动轴12固接；储能筒7c设置在齿圈7b外侧并作为行星架支撑3个行星轮7i；3个行星轮7i的行星轴7j在进入储能筒7c内的位置上各设置一根或并联多根平面蜗卷弹簧7m；平面蜗卷弹簧7m一端与行星轴7j连接，另一端连接储能筒7c；主动轴10从从动轴12的内部通过，从动轴12的一端和主动轴10通过第二离合器6连接。为简化图形，图8中只画出了储能装置7中机构的一半。

本发明中所有第一离合器3、第二离合器6均为摩擦式电磁离合器，选择该种离合器可以在主动轴10转动时进行动态离合。

如图7所示，在从动轴12上靠近储能筒7c处装刹车器11，以在从动轴12与第二离合器6脱开后对从动轴12进行制动，刹车器11的轮毅则与储能筒7c固定。

在所述每个储能装置7上设置一个在该储能装置7储能到一定量后自动连接下一个储能装置7使其开始工作的连动控制装置。连动控制装置对具体某个储能装置的选用进行控制，保证只有一组储能装置7与主动轴10连接。

如图6、图7、图8所示，所述连动控制装置包括一个连动齿轮7g，其外齿与齿圈7b的外齿啮合；还包括与连动齿轮7g固定的连动轴7d、限位滑槽7e、限位螺母7f，以及在限位滑槽7e两端各安装一个限位开关；还包括连动控制系统；所述连动轴7d在位于限位滑槽7e上方的一段为螺纹，限位螺母7f拧在该螺纹上，且限位螺母7f的下部卡在限位滑槽7e内。

两个限位开关均为微动开关，一旦限位螺母7f在限位滑槽7e内移动到某个限位开关并触动它，便可启动连动控制系统。如图6中所示，限位开关一个为储能限位开关7p一个为释能限位开关7n，分别在储能时或释能时被限位螺母7f触动后由连动控制系统将下一个上作的储能装置的离合器合上，同时将当前储能装置的离合器脱开。

如图3、5、7所示，主动轴10和各储能装置7内的从动轴12及连动轴7d两端均通过轴座4、轴座7a、轴座7h固定在机座上，储能装置7的储能筒7c也与机座固定，图中为使机构表达清楚，未画出机座。

所述风动力装置包括叶片21和转子22，叶片21与转子22之间机械连接；风动力装置的下方设有电磁离合器23，电磁离合器23连接控制天线。所述风动力装置上方还设有避雷针25。

所述控制器1通过天线控制电磁离合器23合上或脱开，主动轴10通过传动机构连接到风动力装置的转子。主动轴10还连接发电机。便于控制运动机械能储能单元15的储能、释能或关闭。

本系统工作的工作原理如下：

当电网供电充足时，基站由电网供电，控制器1通过天线控制电磁离合器合23合上，运动机械能储存单元连接到风动力装置。风动力装置的叶片21受到风力作用转动，带动转子22转动，转子22通过传动机构，如皮带或齿轮传动，带动主动轴10转动。主动轴10与变速箱2连接的第一离合器3脱开。初始阶段，控制主动轴10上与第一个储能装置7的从动轴12连接的第二离合器6合上，该储能装置7的从动轴12就能和主动轴10同步转动，太阳轮7k也同步转动如顺时针转动，而行星轮7i则逆时针转动，如图5所示的3组平面蜗卷弹簧7m由于与行星轮7i为同轴(行星轴7j)转动，即逆时针转动，其为拧紧过程便实现储能目的。当行星齿轮机构运行时，齿圈7b使连动齿轮7g跟着逆时针转动，连动轴7d转动后，其上的限位螺母7f在限位滑槽7e内向右移动。当限位螺母7f移动到图5中虚线位置，并进一步触动储能限位开关7p后，说明平面蜗卷弹簧7m己拧紧到一定程度即储存一定能量，连动控制系统则立即控制第二个储能装置的离合器合上开始储能，同时将第一个储能装置的离合器脱开不再储能，并控制刹车器11夹紧从动轴12，使其不会反向转动将平面蜗卷弹簧7m刚储存的能量释放。依此过程，当第二个储能装置储存到定能量后，再自动连接下个储能装置进行储能。

当电网断电或电力不足时，控制器1控制运动机械能储存单元连接到发电机，利用运动机械能储存释放装置储存的能量带动发电机发电。控制器1将主动轴10上与变速箱2连接的第一离合器3合上，变速箱2变速，再驱动主动轴10逆时针转动带动发电机发电。初始阶段，将主动轴10与储能时使用的最后一个储能装置的从动轴连接的离合器合上，井控制刹车器11放松从动轴12使其可以转动，该储能装置的从动轴12就能和主动轴10同步转动，太阳轮7k也同步转动即逆时针转动，如图4所示，而行星轮7i则顺时针转动，3组平面蜗卷弹簧7m同行星轮7i一样逆时针转动，其放松过程便实现释能目的。当行星齿轮机构运行时，此时齿圈7b使连动齿轮7g跟着顺时针转动，连动轴7d转动后，其上的限位螺母7f在限位滑槽7e内向左移动。当限位螺母7f从图5中虚线位置再次回到初始位置，并进一步触动释能限位开关7n后，说明平面蜗卷弹簧7m已放松到一定程度即释放一定能量，连动控制系统则立即控制下一个将工作的储能装置的离合器合上开始释能，同时将当前储能装置的离合器脱开不再释能。依此过程，当第二个储能装置释放一定能量后，再自动连接下一个储能装置进行释能，从而带动发电机运转发电。

由于具有运动机械能储存单元作为主要后备电源的来源，当该机械设备的启动需要一定的时间，本发明中的不间断电源只需要提供运动机械能储存单元释能启动过程中的短时供电，运动机械能储存单元开始释放能量带动发电机后既可以完全使用发电机供电。本实施例中的不间断电源为60s不间断电源。

电力分配器与发电机连接，并且控制从所述发电机向基站输出的电力。

本发明通过机械能储能单元，利用物理方法实现储能，突破了化学电池的局限。具有体积小、费用低，对温度要求不高，维护简单，使用寿命长，高效、节能、环保的特点。能够适用于偏远地区或环境恶劣地区的基站，作为其电源或后备电源。

以上对本发明所提供的一种基站用风力储能发电及后备储能发电设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，例如附图中所给出的只是本实施例的一种情况。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基站用风力储能发电及后备储能发电设备，包括：

发电机，用于实现风力储能发电和后备储能发电；

电网监测控制器，用于监测和控制用电设备的用电实时状态，控制风力储能发电及后备储能发电，控制不间断电源的开启或关闭；

不间断电源，连接电网监测控制器，由电网监测控制器控制其开启或关闭；

电力分配器，连接电网监测控制器和不间断电源，控制从风力储能发电、电网、后备发电向用电设备基站输出电力；

其特征在于，还包括风动力装置和运动机械能储存单元，所述运动机械能储存单元连接风动力装置和发电机，进而通过发电机连接到电力分配器，由电力分配器接入用电设备；所述的风动力装置设置在基站发射塔的顶端或高处，并为运动机械能储存单元和发电机提供能量。

2.根据权利要求1所述的基站用风力储能发电及后备储能发电设备，其特征在于：所述的运动机械能储存单元，它包括机座、控制器和变速箱，还包括主动轴，主动轴通过第一离合器与变速箱连接，在主动轴上还通过若干个第二离合器并联安装有若干个内设平面蜗卷弹簧的储能装置。

3.根据权利要求2所述的基站用风力储能发电及后备储能发电设备，其特征在于：所述储能装置包括从动轴、平面蜗卷弹簧和储能筒，以及由1个太阳轮、3个行星轮、1个齿圈构成的行星齿轮机构；所述太阳轮与从动轴固接；储能筒设置在齿圈外侧并作为行星架支撑3个行星轮；3个行星轮的行星轴在进入储能筒内的位置上各设置一根或并联多根平面蜗卷弹簧；平面蜗卷弹簧一端与行星轴连接，另一端连接储能筒；主动轴从从动轴的内部通过，从动轴的一端和主动轴通过第二离合器连接。

4.根据权利要求2或3所述的基站用风力储能发电及后备储能发电设备，其特征在于：在所述每个储能装置上设置一个在该储能装置储能到一定量后自动连接下一个储能装置使其开始工作的连动控制装置。

5.根据权利要求4所述的基站用风力储能发电及后备储能发电设备，其特征在于：所述连动控制装置包括一个连动齿轮，其外齿与齿圈的外齿啮合；还包括与连动齿轮固定的连动轴、限位滑槽、限位螺母，以及在限位滑槽两端各安装一个限位开关；还包括连动控制系统；所述连动轴在位于限位滑槽上方的一段为螺纹，限位螺母拧在该螺纹上，且限位螺母的下部卡在限位滑槽内。

6.根据权利要求5所述的基站用风力储能发电及后备储能发电设备，其特征在于：所述两个限位开关均为微动开关，其中一个为储能限位开关，另一个为释能限位开关，分别在储能时或释能时被限位螺母触动后由连动控制系统将下一个储能装置的第一离合器和第二离合器合上，同时将当前储能装置的第离合器和第二离合器脱开。

7.根据权利要求1所述的基站用风力储能发电及后备储能发电设备，其特征在于：所述风动力装置包括叶片和转子，叶片与转子之间机械连接；风动力装置的下方设有电磁离合器，电磁离合器连接电网监测控制器，由电网监测控制器控制电磁离合器储能与发电。

8.根据权利要求1所述的基站用风力储能发电及后备储能发电设备，其特征在于：所述风动力装置上方还设有避雷针。

9.根据权利要求2或3或5所述的基站用风力储能发电及后备储能发电设备，其特征在于：风动力装置通过传动带或齿轮传动机构，带动所述的主动轴转动。10.根据权利要求2或3或5所述的基站用风力储能发电及后备储能发电设备，其特征在于：所述控制器连接并控制主动轴连接到发电机或/和风动力装置。

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