CN106050569A - 狭管效应在“控流变压流场”自适应风电技术中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可微风和强风发电的，“狭管效应”与“控流变压流场”自适应系统的风力发电技术；在风力发电场中风电设备的种种排列，不同形态的风场产生狭管效应自适应的风能，当自然界处于微风工况时，风电设备组合形成狭管形态的风道，控流系统利用风洞效应使风能的压力和密度得到提高，为风电系统提供了高效风能，实现了微风时大容量电机达到额定输出值，使风能利用呈递增式增长，当风能超过额定功率时，调载系统调整自适应电机系统，使其接近额定功率，保持额定功率工况，做到无切出风速，单机年发电达到5000‑8000小时，无高压冲击电网。本发明是由3‑5根柱体的框架结构组成，其上设有输电线架和自备的输变电网，增大了装机容量，减小了总成本。
Description
技术领域
本发明属于风能发电技术领域，涉及一种利用垂直轴风电系统，在风场中由风电设备排列组成的狭管效应的设置，和“控流变压流场”自适应的风能控制利用的风力发电技术。
背景技术
随着能源危机的加剧和人们环保意识的提高，风力发电已经是目前最有前景的新能源之一，由于十九世纪的风电技术存在风能利用率低、电压输出不稳定、制造成本高、维护难的缺点。现有的风能发电技术，是将风电设备独立的设置于自然界的气流中，每个风电塔占地面积大于平方公里，对环境要求苛刻，对生态造成不良影响。当自然气流通过风电设备时，没有狭管效应的发生，更没有发生风压和密度的改变，气流在移动的过程中大部分风能被通透掉了，没发生″风速上升1级，风能提高8倍″的理论数值，风资源浪费巨大；同样在风能和机械能转换的过程中，也没有发生改变，使得风损系数达到0.49，工损率高达到0.332，切入、切出风能阈值窄，效能比没有得到提高，所以在微风时无法达到额定发电功率，在强风工况时，单塔机的抗风强度低，易导致机毁塔断的损失，所以8级以上强风时要有停车保机的过程，导致整机年发电平均在2000小时，由于技术的缺陷风能利用呈递减的方式，造成自然资源的巨大浪费和生态的破坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种风能利用率高、可微风和强风发电的，二十一世纪的狭管效应风场和“控流变压流场”自适应的风能值递增的风电技术。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明形成的“狭管效应”与“控流变压流场”自适应的风力发电技术；在风力发电场中风电设备的种种排列，通过不同形态的风场设置都能产生狭管效应的风能，控流、变压自适应系统是调载风荷载控制在额定功率工况，当自然界处于微风工况时，风电设备的迎风排列、组合形成狭管形态的风道，控流系统利用风洞效应使风能的压力和密度得到提高，为风电系统提供了高效风能，实现了微风时大容量电机达到额定输出值，实现了在等风况下″风速上升1级，风能提高8倍″的理论值，是“狭管效应”和“风洞效应”在控流变压流场自适应系统中的应用，使风能利用呈递增式增长，称之为″风能的升谷″。当风能超过额定功率时，通过功率传感、控制、调载系统，调整自适应电机使其临近额定功率，当自适应系统调整的电机达不到额定功率值时，由调载器调节入风口的气流量，使其达到额定功率值，保持额定功率工况，做到无切出风速，单位面积风电总装机容量达到30兆瓦以上，单机年发电达到5000-8000小时，无高压冲击电网，称之″风能的削峰″。风能的“升谷削峰”过程，是风能通过狭管效应和控流自适应变压流场的利用率和装机容量得到大幅提高的过程。
本发明风电系统的装配结构，在风力发电场中以抗强风大应力设置的安装风电设备的结构体，由3-5根柱体的框架结构和横链接的桁架组成的框架结构体，设置风电机组于桁架之间，适于从微风到强风时发电，串联安装的风力发电设备，其上面设有输电线架用于电机输出线的连接，上行的输出线接入自备的输变电网。
本发明风电系统的空心轴将无轴电机串联套在空心轴上，当不同功率的电机随风能的变化相应功率的电机加载或减荷载调整做功，以适应不同的风况与相匹配的功率电机相继做功，完成自适应过程。
本发明风电系统的功率传感器，是在不同的风况下功率传感器感应输出功率的大小，调整电机的自适应切换和调载器对风能量的调整，使电机转速保持在额定功率状态。
本发明风电系统的风机是由斗状形，上、下封闭的外挂形态远端做功，等距间隔的封闭段与入风段，使入风段气流进入风力机斗状体内；风力机与发电机转子相连接，气流通过控流系统；将风能作用于风力机，驱动垂直轴风机叶片并带动发电机发电。
上述说明是本发明方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下是本发明的附图详细说明如下。
下面详细给出本发明的具体实施方式及其附图。
附图说明
图1是本发明风电系统的风电机结构示意图；
图2是本发明风电系统的狭管效应与控流系统的做功图；
图3是本发明风电系统的空心轴外观图；
图4是本发明风电系统的电机串联在空心轴上的剖面图；
图5是本发明风电系统的具有输电塔架的结构图；
图6是本发明风电系统的风力发电设备的设置与输电系统布置图；
图7是本发明风电系统的“控流变压流场”自适应与狭管效应实施例一的结构俯视图；
图8是本发明风电系统的“控流变压流场”自适应与狭管效应实施例二的结构俯视图；
图9是本发明风电系统的“控流变压流场”自适应与狭管效应实施例三的结构俯视图；
图10是本发明风电系统的“控流变压流场”自适应与狭管效应实施例四的结构俯视图。
图11是本发明风电系统的“控流变压流场”自适应与狭管效应实施例五的结构俯视图。
图中：1.风电机系统；2.风电机系统安装结构图；3.框架结构立柱；6.输电架；7.总成结构；8.连接点；9.输、变电线；11.空心轴；12.控流系统；13.风力机；14.发电机；31.桁架；111.引线孔；132.斗形风机叶片；133.风机与电机连接体；134.气流进入风机口；141.电机转子；142.电机定子；143.电流输出线；172.狭管效应风道。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细描述：
本发明中，图1中的垂直轴风电系统(2)结构体示意图，风电结构体(2)是由3-5根框架结构体(3)和相间的桁架(31)组成，风电系统(1)固定于桁架间(31)，多层桁架(31)可使风电系统(1)呈叠摞状，从电机输出的导线(143)，经空心轴(11)上行与输线塔架(6)相连，使装机容量增大，成本降低。
图2中，风力驱动设备，风力机(13)和设置在风机外围的多个风能控、变流系统(12)或按序排列的呈狭管效应风道(172)的风电设备(2)；所述垂直轴风电驱动系统(13)中，包括电机转子(141)，连接电机(14)的风力机(13)，风力机由内环板、上环带、下环带三面封闭的连接斗状风力机的内空间，按等距间隔形成封闭段和斗状入风段风机(132)，形成外挂远端做功的斗状风力机(132)；风力机(13)与发电机转子(141)相连接(133)；控、变流系统(12)或按序排列的风电设备(2)，将风能导入垂直轴风力机系统(13)驱动斗状叶片(132)产生扭矩，带动发电机发电(14)。
图3中，本发明的风电装置空心轴(11)，将发电机(14)套于空心轴上(11)形成串联状，每串联一个电机(14)，在空心轴上(11)配一个向轴内的引线孔(111)，而空心轴的两端固定在桁架之间。
图4中，本发明的风电自适应系统，采用空心轴装配的，为实现电机的自适应系统，将不同参数的发电机(14)串联安装在空心轴上(11)形成串联状，每一个串联的电机(14)下部都有一个引线孔(111)，将每一部电机的输出线(143)经引线孔(111)穿入空心轴并上行至输线塔架(6)，与输线系统相连接(8)。
图5中，本发明风电系统的总成结构(7)，在图中风电结构总成(7)，是由结构体(2)和上部的输线架(6)相连接，当风电系统(1)发出的电流上行到输电系统(8)固定并连接输、变电线(9)，形成结构共用的发电、输电一体化(7)，使装机容量和风能利用率提高，实现并、串联和并入自备输、变线网。
图6中，本发明风电系统的狭管效应(172)结构图，在风电结构体中(7)，从电机输出的导线(143)，上行与输电器相连接(8)，风电体之间的输出电流可根据需要采用并联或串连，并入自备输、变电网(9)，风电结构体(7)的相携排列，形成狭管气流(172)，这种共用自发电、输电系统，使装机容量和风能利用率提高，实现自备输、变线网。
图7中，本发明风电场的总成结构，在图中风电结构体的(3)设置是由相邻的风电系统(2)呈相携排列(7)，形成相邻结构共用、共阻气流，在风场中与风电机组(2)的排列形成狭管效应(172)，在风道中风速与风压得到了提高，使装机容量和发电效率大幅增加。
图8中，本发明风电场的总成结构，在图中的风电结构体(3)在风场中与风电机组(2)形成的连续狭管效应设置，并使风场设计能适应从对向气流通过时做功，狭管形效应的设计使单位面积内的装机容量和风能利用得到大幅度提高。
图9中，本发明风电场的总成结构，在图中的风电结构体(3)与风电系统(2)的异形狭管效应的设置，使风能在风道中穿行，实现在各个不同方向的风能最大限度的做工，异形风道的狭管效应设置，使单位面积内的装机容量和风能利用得到大幅度的提高。
图10中，本发明风电系统的总成结构，在图中的风电结构体(3)与风电系统(2)的斜风向一字形狭管效应的设置方案，多组斜向风叠错一字形狭管效应的排列，可产生侧压力并沿着改变了风向的气流作用于风电系统。
图11中，本发明风电场的总成结构，在图中的风电结构体(3)与风电系统(2)的狭管效应(172)设置，风电系统的设置是按等风量资源配置的，风能在运用中风电设备的功率不会出现功率损失，实现最大限度的利用风能做工，使单位面积内的装机容量和风能利用得到合理的设置。
Claims (10)
1.一种形成狭管效应和“控流变压流场”自适应的风力发电场和风力发电技术，其特征在于：在风场中设置若干上、下叠层式垂直轴风电系统(2)，相邻的风电系统(2)根据不同的风向和地形地貌相携而设，排列成各种不同异形形式的狭管形态(172)，形成狭管效应，在狭管风道中风速和风压得到了改变(172)，使风能密度提高后进入风电系统(1)，狭管效应(172)的高压风能与自适应的功率调节，使控流变压流场(12)的风能保持在额定功率工况，控流系统是将风场、风能源通过技术改变达到物为我用的目的，风场的设置，包括形成；多个斜线“/”“∫”的叠加结构，多个横线的叠错结构，多个上曲线的“∨”W结构和多个下曲线的“∧”M结构及单体的“×”“※”“N”“L”结构为狭管效应风道(172)。垂直轴风电系统(2)的安装由三根以上的框架结构体(3)作为支柱，框架结构体(3)之间水平连接着多层桁架(31)；风电系统(1)设置于多个层叠桁架间(31)与结构固定连接(3)。相邻的结构体(2)可共用相邻的固定框架(3)。在风电塔结构体的顶部还设有支撑输变电线的塔架(6)，每层风电系统(1)发出的电力，经输出线(143)穿入空心轴内(11)，上行链接输变电系统(8)。每层垂直轴风电系统(1)包括自动控制调载系统和电机自适应自动转换系统，调载系统的控制器分别与风电系统(1)的额定功率输出监控机构、风力驱动调载机构和自适应切换机构连接，当感应和调载系统发出指令时，自适应与调载系统配合调整气流。
所述垂直轴风机系统(13)由斗状形(132)，上、下封闭的外挂形态形成的风机(13)，等距间隔时封闭段与入风段按比例分割，入风段使气流(134)进入风力机斗状体内(132)；风力机(13)与串联发电机转子(141)相连接，风力机扰流板(12)或狭管效应排列风道(172)与入风口对应设置(134)；将风能导向风力机，风能作用在垂直轴叶片(132)上驱动风机(131)转动并带动发电机发电(14)。
2.根据权利要求1所述的风力发电场，其特征在于：利用风机组按不同迎风斜线“/”“∫”组成的叠加结构，使风电系统的组合(1)形成了狭管效应风电场(172)，狭管效应是由在狭管风道中的风速和风压得到了改变，使风能密度提高后进入风电系统(1)。
3.根据权利要求1所述的风力发电场，其特征在于：利用风机组按不同迎风横线“----”组成的叠错结构，使风电系统形成的迎风面两侧的狭管效应风电场(172)，而狭管效应由在狭管风道中的风速和风压得到了改变，使风能密度提高后进入风电系统(1)。
4.根据权利要求1所述的风力发电场，其特征在于：利用风机组按多个迎风上、下曲线“∨”“∧”组成的W、M结构风电系统形成的狭管效应风电场(172)，而狭管效应是由在狭管风道中的风速和风压得到了改变，使风能密度提高后进入风电系统(1)。
5.根据权利要求1所述的风力发电场，其特征在于：利用单体迎风的“×”“※”“N”“L”等异型结构风电系统，形成的狭管效应风电场(172)，而狭管效应由在狭管风道中的风速和风压得到了改变，使风能密度提高后进入风电系统(1)。
6.根据权利要求1所述的风力发电场，其特征在于：所述的控制气流的狭管风道系统的形成(172)，垂直轴风电装置(1)，包括风力机(13)和设置在风力机(13)外的多个狭管风道(172)，控流系统(12)，狭管控流系统(172)，按不同地形地貌和风资源的特性，选定利用风电设备安装成不同的形态，形成狭管控流效应使气流经狭管风道做功于风电系统(1)。
7.根据权利要求1所述的风力发电场，其特征在于：风力发电结构体的共用(3)，风电系统由三根或以上框架结构体(3)作为应力支柱，在结构体(3)之间水平连接着多层桁架(31)，相邻的风电系统(2)，共用框架结构体(3)，形成对气流的阻风系数增大，形成狭管效应(172)。
8.根据权利要求(1)所述的风力发电场，其特征在于：自适应电机系统(14)，套在空心轴(11)上的多部电机(14)，依据气候变化、风资源变化、及地形地貌和输出功率的变化，增加或减少做功的电机(14)以适应风速的变化，使电机的容量置换与风能源相近，实现电机的自适应工况。
9.根据权利要求1所述的风力发电场，其特征在于：输出功率调载系统，每个风电系统(1)，包含功率输出控制调载系统，自动调节控制系统的控制器，分别链接风电系统(1)的额定功率输出传感监控器和气流调载机构相连接(12)。当输出功率小于或大于额定功率时，传感系统将信号传入控制系统，自动调载系统指令自适应或调载系统控制做功的电机容量和气体流量，保持额定功率状态做功。
10.根据权利要求1所述的风力发电场，其特征在于：风力机斗状叶片(132)，风机系统(13)是由斗状形，上、下环形板相连封闭的(13)外挂形态的斗状叶片，等距间隔的封闭与开放段，使气流进入风力机斗状体内(132)，作用于风力机叶片(132)与连接的发电机转子(141)共同驱动旋转发电，实现远端做功的风力机系统(13)。
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