CN111396254A - 一种风力发电机组储能装置及储能方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组储能装置，包括设置在叶片中的质量块、导引机构、动力机构和控制机构，导引机构沿叶片的长度方向设置，质量块可移动的设置在导引机构上，动力机构在控制机构的控制下带动质量块在导引机构上移动，通过质量块的移动改变风轮的转动惯量，实现能量的存储与释放。还公开了一种风力发电机组储能方法，采用改变风轮叶片的转动惯量实现能量存储与释放。本发明通过改变质量块在叶片中的位置，改变风轮的转动惯量，使该质量块以动能形式存储捕获多余的风能，获取更大的风能，且使该风力发电的能量形式转化次数减少，大大提高转化效率，更能保持风力发电机组发电效率的稳定。本发明结构简单、成本低，可操作性强。

Description

一种风力发电机组储能装置及储能方法
技术领域
本发明涉及风电机组储能技术领域，特别是涉及一种风力发电机组储能装置及储能方法。
背景技术
风力发电是利用转动的风轮从风中捕获能量转化为电能输送给电网。风速和风向的不断变化，决定了风机的发电功率在不断变化，且波动范围大，变化频繁，常常会对电网造成很大的冲击。
现有的风力发电机组的储能技术是通过风能→电能→存储型式的能量→电能的方式实现电能的存储和释放，在这个过程中能量的形式发生了四次转换，这样风能的利用率十分低，并且需要专门的储能设备。
还有，现在的MW级风力发电机组大多通过变桨恒转速的方式来控制风力发电机组捕获风能的多少。即在风轮达到额定转速，风速达到额定风速情况下，风力发电机组通过增加桨距角保证风轮转速的恒定，发电功率的恒定，但该方法捕获风能的能力仍有局限。
由此可见，上述现有的风电机组储能装置及储能方法仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的风力发电机组储能装置及储能方法，使其可改变风轮的转动惯量来存储和释放能量，降低能量形式转化次数，提高风能利用率，成本低、可操作性强，成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风力发电机组储能装置，使其可改变风轮的转动惯量来存储和释放能量，降低能量形式转化次数，提高风能利用率，成本低、可操作性强，从而克服现有的风电机组储能装置的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组储能装置，包括设置在风电叶片中的质量块、导引机构、动力机构和控制机构，所述导引机构沿所述叶片的长度方向设置，所述质量块可移动的设置在所述导引机构上，所述动力机构在所述控制机构的控制下带动所述质量块在所述导引机构上移动，通过所述质量块的移动改变风轮的转动惯量，实现能量的存储与释放。
进一步改进，所述导引机构设置在所述叶片的腹板上。
进一步改进，所述导引机构采用轨道结构、传动结构或螺杆结构。
进一步改进，所述传动结构采用钢索牵引结构。
进一步改进，所述动力机构采用所述风轮的变桨电机。
进一步改进，所述风轮的三个叶片中均设置有所述质量块、导引机构和动力机构，所述三个动力机构由一个所述控制机构同时控制。
本发明还提供一种风力发电机组储能方法，所述储能方法采用改变风轮叶片的转动惯量实现能量存储与释放。
具体的，所述改变风轮叶片的转动惯量通过上述的风力发电机组储能装置实现。
所述储能方法包括如下步骤：
(1)储能过程：在风力发电机组的叶轮达到额定转速，若风速继续增大，所述储能装置的动力机构在所述控制机构的控制下，将所述质量块向远离轮毂中心的方向移动，增加风轮的转动惯量，保持风轮转速稳定，同时随着所述质量块的线速度增加，所述质量块以动能形式存储捕获的多余的风能；
(2)释能过程：若通过减小桨距角不能捕获更多风能时，所述储能装置的动力机构在所述控制机构的控制下，将所述质量块向靠近轮毂中心的方向移动，减小风轮的转动惯量，保持风轮转速稳定，同时随着所述质量块的线速度减小，所述质量块将存储的动能释放出来供所述风力发电机组发电。
进一步改进，所述步骤(1)中还包括：当所述质量块移动到所述导引机构的最远端时，若风速继续增大，则通过叶片变桨的方式保持风轮转速恒定，功率恒定。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
1.本发明通过在叶片中设置质量块和导引机构，并通过在控制机构控制下，由动力机构实现质量块在叶片中的位置移动，从而改变风轮的转动惯量，使该质量块以动能形式存储捕获多余的风能，获取更大的风能，且保持风力发电机组发电效率的稳定。
2.本发明储能装置结构简单、成本低，可操作性强。
3.本发明储能方法对现有风机变桨控制策略进行简单调整，能实现该风机储能能力的加大，使该风力发电的能量形式转化次数减少，大大提高了转化效率，且实现电能的稳定输出。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明变风轮转动惯量的储能装置的结构示意图。
图2是本发明变风轮转动惯量的储能方法的储能和释能控制逻辑示意图。
具体实施方式
参照附图1所示，本实施例风力发电机组储能装置，包括设置在风电叶片1中的质量块2、导引机构3、动力机构和控制机构，该导引机构3沿该叶片1的长度方向设置，该质量块2可移动的设置在该导引机构2上，该动力机构在该控制机构的控制下带动该质量块2在该导引机构3上移动，则通过该质量块2的移动改变风轮的转动惯量，实现能量的存储与释放。
具体的，该导引机构3设置在该叶片1的腹板上。本实施例中，该导引机构采用轨道结构，即质量块设置在该轨道中滑动。当然，该导引机构还可以采用传动结构或螺杆结构，如传动结构可以为钢索牵引结构、螺杆结构可以为螺杆螺母结构。
本实施例中该动力机构可采用单独的电机，也可采用该风轮的变桨电机，实现减小风机部件，节约空间节约成本。
为了实现该风力发电机组风轮的稳定平衡性，该风轮的三个叶片中均设置有该质量块、导引机构和动力机构，该三个动力机构由一个该控制机构同时控制，实现三个叶片的同步控制，同步储能。
上述该风力发电机组储能装置的储能方法为采用改变风轮叶片的转动惯量实现能量存储与释放。
具体的，参照附图2所示，该改变风轮叶片的转动惯量的储能方法包括如下步骤：
(1)储能过程：在风力发电机组的叶轮达到额定转速，若风速继续增大，先保持叶片桨距角不变，该储能装置的动力机构在该控制机构的控制下，将该质量块向远离轮毂中心的方向移动，增加风轮的转动惯量，保持风轮转速稳定，同时随着该质量块的线速度增加，该质量块以动能形式存储捕获多余的风能，且该质量块中存储的动能与质量块远离轮毂中心位置的平方成比例关系，即离轮毂中心越远，存储的能量越多。
当该质量块移动到该导引机构的最远端时，通过改变转动惯量储能已达到极限，若此时风速继续增大，则通过叶片变桨的方式保持风轮转速恒定，功率恒定。
(2)释能过程：若通过减小桨距角不能捕获更多风能时，该储能装置的动力机构在该控制机构的控制下，将该质量块向靠近轮毂中心的方向移动，减小风轮的转动惯量，保持风轮转速稳定，同时随着该质量块的线速度减小，该质量块将存储的动能释放出来供该风力发电机组发电。当质量块移动到最近处之后，该质量块存储的动能已经完全释放，此时风轮的控制方式即按照现有方式控制即可。
本发明通过改变质量块在叶片中的位置，从而改变风轮的转动惯量，使该质量块以动能形式存储捕获多余的风能，获取更大的风能，且保持风力发电机组发电效率的稳定。同时该储能方式使该风力发电的能量形式转化次数减少，大大提高了转化效率。
本发明储能装置是在现有风机叶片基础上进行改动而成，结构简单，成本低，可操作性强，能实现显著的技术效果。该储能方法对现有风机变桨控制策略进行简单调整，能实现该风机储能能力的加大，且实现电能的稳定输出。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组储能装置，其特征在于，包括设置在风电叶片中的质量块、导引机构、动力机构和控制机构，所述导引机构沿所述叶片的长度方向设置，所述质量块可移动的设置在所述导引机构上，所述动力机构在所述控制机构的控制下带动所述质量块在所述导引机构上移动，通过所述质量块的移动改变风轮的转动惯量，实现能量的存储与释放。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组储能装置，其特征在于，所述导引机构设置在所述叶片的腹板上。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组储能装置，其特征在于，所述导引机构采用轨道结构、传动结构或螺杆结构。
4.根据权利要求3所述的风力发电机组储能装置，其特征在于，所述传动结构采用钢索牵引结构。
5.根据权利要求1所述的风力发电机组储能装置，其特征在于，所述动力机构采用所述风轮的变桨电机。
6.根据权利要求1至5任一项所述的风力发电机组储能装置，其特征在于，所述风轮的三个叶片中均设置有所述质量块、导引机构和动力机构，所述三个动力机构由一个所述控制机构同时控制。
7.一种风力发电机组储能方法，其特征在于，所述储能方法采用改变风轮叶片的转动惯量实现能量存储与释放。
8.根据权利要求7所述的风力发电机组储能方法，其特征在于，所述改变风轮叶片的转动惯量通过权利要求1至6任一项所述的风力发电机组储能装置实现。
9.根据权利要求8所述的风力发电机组储能方法，其特征在于，所述储能方法包括如下步骤：
(1)储能过程：在风力发电机组的叶轮达到额定转速，若风速继续增大，所述储能装置的动力机构在所述控制机构的控制下，将所述质量块向远离轮毂中心的方向移动，增加风轮的转动惯量，保持风轮转速稳定，同时随着所述质量块的线速度增加，所述质量块以动能形式存储捕获的多余的风能；
(2)释能过程：若通过减小桨距角不能捕获更多风能时，所述储能装置的动力机构在所述控制机构的控制下，将所述质量块向靠近轮毂中心的方向移动，减小风轮的转动惯量，保持风轮转速稳定，同时随着所述质量块的线速度减小，所述质量块将存储的动能释放出来供所述风力发电机组发电。
10.根据权利要求9所述的风力发电机组储能方法，其特征在于，所述步骤(1)中还包括：当所述质量块移动到所述导引机构的最远端时，若风速继续增大，则通过叶片变桨的方式保持风轮转速恒定，功率恒定。
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