CN105222346B

CN105222346B - 一种由风力发电机供电的锅炉

Info

Publication number: CN105222346B
Application number: CN201510631827.7A
Authority: CN
Inventors: 葛艳明; 袁志伟; 黄�俊
Original assignee: Jiangsu Jinyuan High-End Equipment Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Jinyuan High-End Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2018-04-17
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: CN105222346A

Abstract

本发明专利公开了一种由风力发电机供电的锅炉，该锅炉包括风力发电系统、固体蓄热式锅炉、换热装置以及热用户；风力发电系统为蓄热式锅炉供电，固体蓄热式锅炉与换热装置连接成循环回路，由固体蓄热式锅炉直接给热用户供热，采用可以工作在三种模式下的双定子电机，以及光伏备用电源为锅炉系统供电，降低了供热系统用电成本、节能环保且提高了供热可靠性。

Description

一种由风力发电机供电的锅炉

技术领域

本发明设置一种由风力发电机供电的锅炉，由风力发电机为供热系统中的锅炉供电。

背景技术

目前城镇供热系统包括大型热电厂供热系统和小型供热锅炉供热系统，为取得最大的能源利用经济效益，大型热电厂要求将热电站同有关工厂和城镇住宅集中布局在一定地段内，供热距离通常不超过5～8公里，而且规模大、投资高、建设周期长、污染环境，因此其开发建设受到一定的影响。小型供热锅炉布置分散、热效率低、除尘效率也低、缺乏脱硫设施、污染严重，因此更不适合其开发建设。在这种背景下，考虑主要利用风电系统进行城镇供热。

然而，风电是不稳定的能源，风速较大或风速较低时，发电装置均不能为供热系统锅炉提供稳定的工作电压。锅炉为重要负荷，当其突然断电时，容易发生过压爆炸等事故，针对上述风电装置受自然风速影响，导致供电不稳定问题，本申请提出了一种用电成本较低、节能环保且具有高可靠性的供热系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用电成本较低、节能环保且具有高可靠性的供热系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种由风力发电机供电的锅炉，该锅炉包括风力发电系统、固体蓄热式锅炉、换热装置以及热用户；风力发电系统为蓄热式锅炉供电，固体蓄热式锅炉与换热装置连接成循环回路，由固体蓄热式锅炉直接给热用户供热。

该锅炉包括具有热量传递出口的蓄热室、具有热量传递入口的换热室、加热元件、蓄热体以及用于控制热量传递出口或热量传递入口的热量传递隔热机构，加热元件和蓄热体分别位于蓄热室内，蓄热体的温度高于换热室内的温度，蓄热体释放的热量依次经热量传递出口进入换热室。

蓄热室的壁由内至外依次为耐火层和保温层，加热元件为电加热元件，隔热机构包括隔热部件和驱动机构，驱动机构驱动隔热部件运动以使得热量传递出口和热量传递入口的热量传递横截面积增大或减小。

风力发电系统包括风力发电机、控制器、风速检测装置、整流装置、逆变装置、第一开关、第二开关、第三开关、电容、功率变换单元、光伏电池、DC/DC变换器、第四开关、电容剩余电量检测装置和日光强度采集装置；控制器通过风速检测装置检测风速，根据风机的转速将风力发电机的运行状态设置为三种运行模式，并根据运行模式控制第一开关和第二开关的开断或闭合，并通过日光强度采集装置检测日光强度，由控制器控制第四开关的开断或闭合；整流装置将风力发电机产生的交流电变换为直流电给电容充电；逆变装置将电容输出的直流电变换为交流电给风力发电机供电；功率变换单元将风力发电机输出的交流电压转化为锅炉的额定工作电压；DC/DC变换器将光伏电池输出电压升压后为电容充电。

风力发电机包括风叶、轴、转子、第一定子、第二定子和风速检测装置，其特征在于：第一定子、转子、第二定子呈筒状，且第一定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，转子上设置有多个永磁体，永磁体分别向第一定子外侧及第二定子内侧延伸，第二定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，第二定子凸出部向转子外侧延伸；转子直径大于第一定子直径，小于第二定子直径；风叶带动风力发电机转轴转动，带动转子转动产生旋转电动势。

所述风力发电机共有三种运行方式，当风速检测装置检测到转子的转速超过电机额定转速时，风力发电机切换为第一种运行方式工作，此时，第二定子和转子组成发电机为电容充电，同时，第一定子和转子组成发电机为锅炉供电；当风速检测装置检测到转子的转速低于电机额定转速时，风力发电机切换为第二种运行方式工作，此时，第二定子由电容供电和转子组成电动机，带动转子旋转，提升转子的转速，同时，第一定子和转子组成发电机为锅炉供电；当风速检测装置检测到转子的转速接近电机额定转速时，风力发电机切换为第三种运行方式工作，此时，仅由第一定子和转子组成发电机为锅炉供电。DC/DC变换器采用Boost升压变换器。

风力发电机转子包括两对永磁体，第一定子上包含四个对称设置的定子绕组，每个定子绕组缠绕在第一定子上的凸出部上，第二定子上包含四个对称设置的定子绕组，每个定子绕组缠绕在第二定子上的凸出部上。

光伏电池将太阳能转化为电能，通过DC/DC变换器将电能转化为适合电容充电的电压，电容剩余电量检测装置时刻监控电容的剩余电量，并将剩余电量信息发送至控制器，日光强度采集装置实时检测目光强度发送至控制器，控制器根据电容剩余电量检测装置和日光强度采集装置发送的信息，选择在日光强度超过允许发电的最低日光强度阈值，且电容剩余电量低于其额定容量的90％时，控制器发出指令闭合第四开关，否则，第四开关处于断开状态。

第一开关和第二开关均采用三极开关，采用连锁控制方式，当第一开关闭合时，第二开关断开，当第二开关闭合时，第一开关断开，保证转子和第二定子仅工作在一种状态，或作为电动机运行状态，或作发电机运行状态。

第一开关与控制器相连，根据控制器的指令断开或闭合，第一开关的U相第一端与第二定子绕组的U相输出端相连，第一开关的V相第一端与第二定子绕组的V相输出端相连，第一开关的W相第一端与第二定子绕组的W相输出端相连，第一开关的U相第二端、V相第二端和W相第二端分别与整流装置对应相的输入端相连。

第二开关与控制器相连，根据控制器的指令断开或闭合，第二开关的U相第一端与第二定子绕组的U相输出端相连，第二开关的V相第一端与第二定子绕组的V相输出端相连，第二开关的W相第一端与第二定子绕组的W相输出端相连，第二开关的U相第二端、V相第二端和W相第二端分别与逆变装置对应相的输入端相连。

实施本发明具有以下有益效果，当风力较大，风力发电机过发电时，通过风力发电机的第二定子绕组将多余的电能存储下来，提高了风能利用率，同时，利用第二定子由于发电运行产生的制动转矩，抑制风力发电机的转速避免了飞车事故的发生，当风力较小，风力发电机运行在欠发电时，第二定子和转子构成电动机，利用第二定子绕组产生的旋转磁势带动发电机转子运行，提高风机转速，避免风力发电机产生的电能不稳定，同时采用光伏电池作为电容的备用电源，进一步提升风力发电作为供热系统锅炉电源的供电可靠性。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的系统图；

图2为本发明风力发电机结构的俯视图；

图3为风力发电系统供电的锅炉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的第一实施例系统图：图1中一种供热系统锅炉电源装置，它包括风叶21，轴22、转子23、第一定子24、第二定子25、控制器26、风速检测装置27、整流装置28、逆变装置29、第一开关30、第二开关31、第三开关32、电容33、功率变换单元34、光伏电池35、DC/DC变换器36和第四开关37、电容剩余电量检测装置38和日光强度采集装置39。

风叶由自然风驱动带动转轴同步旋转、转轴带动转子旋转产生旋转电磁场切割第一定子和第二定子产生感应电动势。当风速检测装置检测到转子的转速超过电机额定转速时，控制器根据该检测信号，发出控制指令使第一开关闭合，第二定子上绕组与电容构成闭合回路，第二定子和转子组成发电机为电容充电；同时，第二定子绕组上产生的旋转磁势抑制转子的转动，降低转子的转速，同时，第一定子和转子组成发电机通过功率变换单元向供热系统锅炉提供电能。当风速检测装置检测到转子的转速低于电机额定转速时，控制器根据该检测信号，发出控制指令使第二开关闭合，第一开关断开，第二定子上绕组与电容构成闭合回路，第二定子上的绕组与电容构成闭合回路，第二定子和转子组成电动机，电容放电产生旋转电磁场，该电磁场旋转方向与电机转子的旋转方向相同，产生电磁转矩带动电机转子旋转，提升转子的转速，同时，第一定子和转子组成发电机通过功率变换单元向供热系统锅炉提供电能。当风速检测装置检测到转子的转速接近于电机额定转速时，控制器根据该检测信号，发出控制指令使第一开关和第二开关断开，此时，仅有第一定子和转子工作，第一定子和转子组成发电机通过功率变换单元向供热系统锅炉提供电能。

为防止电容电量较低，导致没有足够的电力驱动转子的情况发生，增加设置辅助充电装置为电容充电，辅助充电装置包括光伏电池、DC/DC变换器和第四开关、电容剩余电量检测装置和日光强度采集装置。其中光伏电池将太阳能转化为电能，通过DC/DC变换器将电能转化为适合电容充电的电压，电容剩余电量检测装置时刻监控电容的剩余电量，并将剩余电量信息发送至控制器，日光强度采集装置实时检测日光强度发送至控制器，控制器根据电容剩余电量检测装置和日光强度采集装置发送的信息，选择在日光强度超过允许发电的最低目光强度阈值，且电容剩余电量低于其额定容量的90％时，控制器发出指令闭合第四开关，否则，第四开关处于断开状态。

图2为本发明风力发电机结构的俯视图，其中第一定子、转子、第二定子呈筒状，且第一定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，转子上设置有多个永磁体，永磁体分别向第一定子外侧及第二定子内侧延伸，第二定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，第二定子凸出部向转子外侧延伸。转子直径大于第一定子直径，小于第二定子直径。风叶带动风力发电机转轴转动，带动转子转动产生旋转电动势。

图3为风力发电系统供电的锅炉，包括具有热量传递口的蓄热室、换热室、加热元件、蓄热体以及控制热量传递口的热量传递横截面积大小的隔热机构，加热元件和蓄热体分别位于蓄热室内，蓄热体的温度高于换热室的温度，蓄热体释放的热量经热量传递口进入换热室内，换热室位于蓄热室上方，加热元件为电加热元件，蓄热室和换热室的壁由内至外依次为耐热层和保温层。

Claims

1.一种由风力发电机供电的锅炉，其特征在于，该锅炉包括风力发电系统、固体蓄热式锅炉、换热装置以及热用户；风力发电系统为蓄热式锅炉供电，固体蓄热式锅炉与换热装置连接成循环回路，由固体蓄热式锅炉直接给所述热用户供热；该锅炉包括具有热量传递口的蓄热室、换热室、加热元件、蓄热体以及用于控制热量传递口的热量传递隔热机构，加热元件和蓄热体分别位于蓄热室内，蓄热体的温度高于换热室内的温度，蓄热体释放的热量依次经热量传递出口进入换热室；蓄热室的壁由内至外依次为耐火层和保温层；加热元件为电加热元件；隔热机构包括隔热部件和驱动机构，驱动机构驱动隔热部件运动以使得热量传递出口和热量传递入口的热量传递横截面积增大或减小；风力发电系统包括风力发电机、控制器、风速检测装置、整流装置、逆变装置、第一开关、第二开关、第三开关、电容、功率变换单元、光伏电池、DC/DC变换器、第四开关、电容剩余电量检测装置和日光强度采集装置；控制器通过风速检测装置检测风速，根据风机的转速将风力发电机的运行状态设置为三种运行模式，并根据运行模式控制第一开关和第二开关的开断或闭合，并通过日光强度采集装置检测日光强度，由控制器控制第四开关的开断或闭合；整流装置将风力发电机产生的交流电变换为直流电给电容充电；逆变装置将电容输出的直流电变换为交流电给风力发电机供电；功率变换单元将风力发电机输出的交流电压转化为锅炉的额定工作电压；DC/DC变换器将光伏电池输出电压升压后为电容充电。

2.根据权利要求1所述的由风力发电机供电的锅炉，其特征在于：第一开关和第二开关均采用三极开关，采用连锁控制方式，当第一开关闭合时，第二开关断开，当第二开关闭合时，第一开关断开，保证转子和第二定子仅工作在一种状态，或作为电动机运行状态，或作发电机运行状态。

3.根据权利要求2所述的由风力发电机供电的锅炉，其特征在于：第一开关与控制器相连，根据控制器的指令断开或闭合，第一开关的U相第一端与第二定子绕组的U相输出端相连，第一开关的V相第一端与第二定子绕组的V相输出端相连，第一开关的W相第一端与第二定子绕组的W相输出端相连，第一开关的U相第二端、V相第二端和W相第二端分别与整流装置对应相的输入端相连。

4.根据权利要求3所述的由风力发电机供电的锅炉，其特征在于：所述DC/DC变换器采用Boost升压变换器。