CN107191330A - 一种风能跟踪、风力发电装置和风能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风能跟踪、风力发电装置和风能控制系统，所述风能跟踪装置包括风向检测器，用于获取叶轮所处环境中的风向信息；叶轮控制器，用于调整所述叶轮旋转平面的角度；处理器，所述处理器分别与所述风向检测器和所述叶轮控制器连接，用于根据所述风向信息生成驱动信号，所述驱动信号用于使所述叶轮控制器将所述叶轮旋转平面调整为与当前风向垂直。该方案通过风向检测器实时检测风向信息，并将检测的信息发送至处理器，处理器会根据风向信息生成对叶轮控制器的驱动信号，以使叶轮控制器将叶轮旋转平面调整为与当前风向垂直，进而可以使风能最大可能的转化为叶轮的机械能，从而实现最大风能跟踪，以提高风力机对风能的利用率。

Description

一种风能跟踪、风力发电装置和风能控制系统
技术领域
本发明涉及风能技术领域，具体涉及一种风能跟踪、风力发电装置和风能控制系统。
背景技术
随着能源的匮乏及传统火力发电对环境的污染，可再生能源的发展受到越来越多的重视，包括风能、太阳能、海洋能、生物质能等，其中风能发电发展最迅速、潜力最大。风能发电的原理：是利用风力带动风力机叶轮旋转，把风的动能转变为叶轮轴的机械能，发电机在叶轮轴的带动下旋转发电，在此次过程中，一般会透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
随着外界风速和风向的变化，风力机的叶轮转向一般也会发生变化，使得风力机吸收风能的效率也随之变化，最终导致风力机的发电效率不稳定，浪费了风力资源。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中风力发电系统风能利用率低。从而提供一种风能跟踪、风力发电装置和风能控制系统。
有鉴于此，本发明实施例的第一方面提供了一种风能跟踪装置，包括：风向检测器，用于获取叶轮所处环境中的风向信息；叶轮控制器，用于调整所述叶轮旋转平面的角度；处理器，所述处理器分别与所述风向检测器和所述叶轮控制器连接，用于根据所述风向信息生成驱动信号，所述驱动信号用于使所述叶轮控制器将所述叶轮旋转平面调整为与当前风向垂直。
优选地，所述叶轮控制器包括：步进电机，用于控制所述叶轮旋转平面的调整角度；位移传感器，连接所述步进电机，用于获取所述步进电机的转动角度。
优选地，所述根据所述风向信息生成驱动信号包括：根据所述风向信息生成将所述叶轮旋转平面调整为与当前风向垂直时，所述叶轮旋转平面的需求转动角度；判断所述步进电机的转动角度是否等于所述需求转动角度；若所述步进电机的转动角度不等于所述需求转动角度，根据所述转动角度和所述需求转动角度的差值和方向生成所述驱动信号。
优选地，所述风向检测器为风向标。
本发明实施例的第二方面提供了一种风力发电装置，包括：本发明实施例的第一方面或第一方面的任一优选方式所述的风能跟踪装置；风速检测器，用于获取所述叶轮所处环境中的风速信息；所述处理器还用于根据所述风速信息控制风力发电装置的发电机运行；光电码盘，与所述发电机连接，用于获取所述发电机的转速，并将所述发电机的转速反馈至所述处理器，以使所述处理器根据反馈信号调整对所述发电机的控制信号。
优选地，所述风速检测器为风速传感器。
优选地，所述处理器包括：第一子处理器，用于根据所述风向信息生成所述驱动信号；第二子处理器，用于根据所述风速信息和所述反馈信号控制所述发电机运行。
优选地，还包括：电机侧变换器，分别与所述处理器和所述发电机连接，用于将对所述发电机的控制信号转化为交流励磁电信号并驱动所述发电机转子转动。
优选地，还包括：通信模块，与所述处理器连接，用于在接收到外界设备的数据请求时，将所述风向信息、所述风速信息、以及对所述发电机的控制信号发送至所述外界设备。
本发明实施例的第三方面提供了一种风能控制系统，包括：
本发明实施例的第二方面获第二方面任一优选方式所述的风力发电装置；传输基站，与所述风力发电装置连接，用于接收并传输所述风力发电装置发送的监测信息；服务器：用于存储所述监测信息，以供数据调用；监控终端：用于远程监控所述风力发电装置，并显示所述监测信息。
本发明的技术方案具有以下优点：
1、本发明实施例提供的一种风能跟踪、风力发电装置和风能控制系统，通过风向检测器实时检测风向信息，并将检测的信息发送至处理器，处理器会根据风向信息生成对叶轮控制器的驱动信号，以使叶轮控制器将叶轮旋转平面调整为与当前风向垂直，进而可以使风能最大可能的转化为叶轮的机械能，从而实现最大风能跟踪，以提高风力机对风能的利用率。
2、通过风速检测器实时检测风速信息，并将检测的信息发送至处理器，处理器会根据风速信息生成对发电机的控制信号，并通过光电码盘实时检测发电机的转速，将转速反馈至处理器，处理器根据该反馈信号实时调整对发电机的控制信号，以使发电机高效率运转。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的风能跟踪装置的一个结构示意图；
图2为本发明实施例2的风力发电装置的一个结构示意图；
图3为本发明实施例3的风能控制系统的一个结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种风能跟踪装置，可用于风力机中的风能跟踪，如图1所示，该装置至少包括：处理器10以及与处理器10连接的风向检测器和叶轮控制器，其功能如下：
风向检测器，用于获取叶轮所处环境中的风向信息，具体地，此处风向检测器可以是风向标20。在实际应用中，为了得到更加准确的风向信息，可以在风向检测器中添加信号处理模块21，将信号处理模块21的输入端与风向标20相连，信号处理模块21的输出端可以通过模数转换器22连接至处理器10，风向标20用于测量风的方向并将风向转化为风向电信号传输至信号处理模块21，信号处理模块21对风向电信号进行采集、过滤处理后输出至模数转换器22，模数转换器22将风向信息的模拟信号转化为数字信号传输至处理器10。
叶轮控制器，用于调整叶轮旋转平面的角度；此处，风力机的叶轮的旋转平面可以在0°～360°范围内进行调节，以保证任意风向的风能均可以通过调节叶轮旋转面的角度实现利用。
处理器10，该处理器10分别与风向检测器和叶轮控制器连接，用于根据风向信息生成驱动信号，驱动信号用于使叶轮控制器将叶轮旋转平面调整为与当前风向垂直。即叶轮控制器的驱动由处理器10根据风向信息进行实时控制，可以保证叶轮的旋转面实时与当前风向垂直，以保证叶轮可以最大限度的吸收风能。
作为一种优选方案，叶轮控制器包括：步进电机31，用于控制叶轮旋转平面的调整角度；位移传感器32，连接步进电机31，用于获取步进电机31的转动角度。具体地，风向变化经风向检测器传输至处理器10，风向标20测得的风向信息作为步进电机31转动的触发信号，步进电机31的驱动控制可以通过脉冲宽度调制芯片33以及步进电机31的驱动芯片34实现，脉冲宽度调制芯片33的输入端与处理器10连接，脉冲宽度调制芯片33的输出端与驱动芯片34的输入端相连，驱动芯片34的输出端与步进电机31的输入端相连，步进电机31的输出端与位移传感器32相连，位移传感器32的输出端与模数转换器22相连。处理器10接收风向信息并对其进行处理判断得出风向并发出步进电机31脉冲宽度调制信号(即驱动信号)，具体地，可以根据风向信息生成将叶轮旋转平面调整为与当前风向垂直时，叶轮旋转平面的需求转动角度，然后判断步进电机31的转动角度是否等于需求转动角度；若步进电机31的转动角度不等于需求转动角度，根据转动角度和需求转动角度的差值和方向生成驱动信号。之后，驱动芯片34根据脉冲宽度调制信号(即驱动信号)驱动步进电机31的转动，位移传感器32测得步进电机31转动位移，并将测得的位移数据经模数转换器22反馈至处理器10，当步进电机31移动至使叶轮旋转平面与风向垂直时，处理器10控制步进电机31停转。此处，步进电机31转动角度随着位移传感器32的测量反馈回处理器10以供实时调节。处理器10发送脉冲信号控制步进电机31的转动停止。
本实施例提供的一种风能跟踪装置，通过风向检测器实时检测风向信息，并将检测的信息发送至处理器10，处理器10会根据风向信息生成对叶轮控制器的驱动信号，以使叶轮控制器将叶轮旋转平面调整为与当前风向垂直，进而可以使风能最大可能的转化为叶轮的机械能，从而实现最大风能跟踪，以提高风力机对风能的利用率。
实施例2
本实施例供了一种相风力发电装置，如图2所示，该装置包括：
实施例1中的风能跟踪装置(详细参见实施例1中的叙述)，还包括：与处理器10连接的风速检测器和光电码盘50，功能如下：
风速检测器，用于获取叶轮所处环境中的风速信息；具体地，风速检测器可以是风速传感器40，可以精确的采集到风速变化，在实际应用中，为了得到精确地采集数据，同样可以将风速传感器40的输出端与信号处理模块21的输入端相连，信号处理模块21的输出端与模数转换器22的输入端相连，风速传感器40用于检测风速信息，信号处理块采集风速电信号并对风速信号进行滤波放大处理后经模数转换器22将其传输至处理器10。
处理器10还用于根据风速信息控制风力发电装置的发电机60运行；具体地，处理器10可以是一个也可以是多个，比如可以是两个子处理器10组成，即可以是相连的第一子处理器11和第二子处理器12，第一子处理器11，用于根据风向信息生成驱动信号；第二子处理器12，用于根据风速信息和光电码盘50的反馈信号实时调节发电机60的转速。双处理器10独立处理不同的控制流程，可以大大提高数据处理速度，提高风力发电装置的工作效率。
光电码盘50，与发电机60连接，用于获取发电机60的转速，并将发电机60的转速反馈至处理器10，以使处理器10根据反馈信号调整对发电机60的控制信号。具体地，发电机60的输出端与光电码盘50的输入端相连，光电码盘50的输出端与处理器10的输入端相连，光电码盘50用于检测发电机60的转速并反馈至处理器10。如此，发电机60的运行不仅和实施风速有关，还与发电机60本身的运行转速有关，可以提高控制的精准度。
作为一种优选方案，还包括：电机侧变换器70，分别与处理器10和发电机60连接，用于将对发电机60的控制信号转化为交流励磁电信号并驱动发电机60转子转动。具体地，处理器10的输出端与电机侧变换器70的输入端相连，电机侧变换器70的输出端与发电机60的输入端相连，电机侧变换器70将处理器10的控制信号转化为稳定的交流励磁电信号并驱动发电机60转子转动。电机侧变换器70实现了单位功率因数控制，可以实现风力发电装置在变速恒频模式下运行，输出电流正弦性好，谐波少，当风速变化时，电机侧变换器70输出的有功电流迅速增大以提升发电机60的动态响应性能。
作为一种优选方案，还包括：通信模块80，与处理器10连接，用于在接收到外界设备的数据请求时，将包含但不限于风向信息、风速信息、以及对发电机60的控制信号等监测信息发送至外界设备。比如，通信模块80可以是4G模块，其与处理器10相连，4G模块可以将监测信息的信号通过无线输出至远程PC端。
本实施例提供的一种风力发电装置，通过风能跟踪装置实时跟踪风向，以保证叶轮对风能的吸收率达到最大化，通过风速检测器实时检测风速信息，并将检测的信息发送至处理器10，处理器10会根据风速信息生成对发电机60的控制信号，并通过光电码盘50实时检测发电机60的转速，将转速反馈至处理器10，处理器10根据该反馈信号实时调整对发电机60的控制信号，以使发电机60高效率运转，提高了风能利用率。
实施例3
本实施例供了一种风能控制系统，如图3所示，该装置包括：
实施例2的风力发电装置100(参见实施例2中的详细叙述)、传输基站200、服务器300和监控终端400，功能如下：
传输基站200，与风力发电装置100连接，用于接收并传输风力发电装置100发送的监测信息；也就是说，传输基站200可以接收监测信息，并作可以为信号传输中心。
服务器300：用于存储风力发电装置100的各种监测信息，以供数据调用；
监控终端400：用于远程监控风力发电装置100，并显示监测信息。比如，监控终端400可以是PC机，其可以通过有线或无线通信方式接收风力发电装置100的监测信息，并提供信息显示功能，以供工作人员远程观测风力发电装置100的运行状态。
本实施例提供的风能控制系统，通过风能跟踪装置实时跟踪风向，以保证叶轮对风能的吸收率达到最大化，并通过风力发电装置100实时检测风速，和发电机的转速，实时调节发电机的运行状态，然后将相关发电的监测信息通过传输基站200进行传输、通过服务器300进行数据存储、通过监控终端400进行显示监控，实现了风能控制系统的全方面监控，提高了风能控制系统的运行效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种风能跟踪装置，其特征在于，包括：
风向检测器，用于获取叶轮所处环境中的风向信息；
叶轮控制器，用于调整所述叶轮旋转平面的角度；
处理器，所述处理器分别与所述风向检测器和所述叶轮控制器连接，用于根据所述风向信息生成驱动信号，所述驱动信号用于使所述叶轮控制器将所述叶轮旋转平面调整为与当前风向垂直。
2.根据权利要求1所述的风能跟踪装置，其特征在于，所述叶轮控制器包括：
步进电机，用于控制所述叶轮旋转平面的调整角度；
位移传感器，连接所述步进电机，用于获取所述步进电机的转动角度。
3.根据权利要求2所述的风能跟踪装置，其特征在于，所述根据所述风向信息生成驱动信号包括：
根据所述风向信息生成将所述叶轮旋转平面调整为与当前风向垂直时，所述叶轮旋转平面的需求转动角度；
判断所述步进电机的转动角度是否等于所述需求转动角度；
若所述步进电机的转动角度不等于所述需求转动角度，根据所述转动角度和所述需求转动角度的差值和方向生成所述驱动信号。
4.根据权利要求1所述的风能跟踪装置，其特征在于，所述风向检测器为风向标。
5.一种风力发电装置，其特征在于，包括：
权利要求1-4中任一项所述的风能跟踪装置；
风速检测器，用于获取所述叶轮所处环境中的风速信息；
所述处理器还用于根据所述风速信息控制风力发电装置的发电机运行；
光电码盘，与所述发电机连接，用于获取所述发电机的转速，并将所述发电机的转速反馈至所述处理器，以使所述处理器根据反馈信号调整对所述发电机的控制信号。
6.根据权利要求5所述的风力发电装置，其特征在于，所述风速检测器为风速传感器。
7.根据权利要求5所述的风力发电装置，其特征在于，所述处理器包括：
第一子处理器，用于根据所述风向信息生成所述驱动信号；
第二子处理器，用于根据所述风速信息和所述反馈信号控制所述发电机运行。
8.根据权利要求5所述的风力发电装置，其特征在于，还包括：
电机侧变换器，分别与所述处理器和所述发电机连接，用于将对所述发电机的控制信号转化为交流励磁电信号并驱动所述发电机转子转动。
9.根据权利要求5所述的风力发电装置，其特征在于，还包括：
通信模块，与所述处理器连接，用于在接收到外界设备的数据请求时，将所述风向信息、所述风速信息、以及对所述发电机的控制信号发送至所述外界设备。
10.一种风能控制系统，其特征在于，包括：
如权利要求5至9中任一项所述的风力发电装置；
传输基站，与所述风力发电装置连接，用于接收并传输所述风力发电装置发送的监测信息；
服务器：用于存储所述监测信息，以供数据调用；
监控终端：用于远程监控所述风力发电装置，并显示所述监测信息。
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