CN114198255B

CN114198255B - 一种风光互补发电并储能的设备

Info

Publication number: CN114198255B
Application number: CN202111550931.5A
Authority: CN
Inventors: 王跃龙; 闫文; 王东庆
Original assignee: Xinjiang University
Current assignee: Xinjiang University
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-05-19
Anticipated expiration: 2041-12-17
Also published as: CN114198255A

Abstract

本发明公开了一种风光互补发电并储能的设备，其包括太阳能发电模块、装有风向监测模块的风力发电模块以及存储电能用蓄电池组；重心升降模块，竖向安装于地面上；垂风调控模块，用于负载同纵向面设置的所述风力发电模块、太阳能发电模块，及自旋调控所述风力发电模块面风相对角度；倾摆缓冲校正模块，安装于对应所述重心升降模块顶端，其顶端与所述垂风调控模块同轴设置安装；风阻对抗模块，以内、外双层且呈水平圆周排列设置于所述倾摆缓冲校正模块外围，并与对应所述倾摆缓冲校正模块下、上端外侧相连接。

Description

一种风光互补发电并储能的设备

技术领域

本发明涉及风光互补发电技术领域，具体为一种风光互补发电并储能的设备。

背景技术

风光互补发电，主要由风力发电机、太阳能电池方阵、智能控制器、蓄电池组、逆变器等辅助件组成发电系统，将电力供给负载使用；通过其进行风-电，光-电，并互相弥补独自不稳定发电所产生的缺陷，由蓄电池组对其过量转换的电能进行存储及负载所需电能的输出。但是现有的风光互补发电设备中，风力发电机构与太阳能发电结构，对风力风速、阳光强弱不稳定时的应对效果较差，尤其是一体式风光发电设备，因风力风速的影响，极其不稳定，产生的风阻对整体结构的稳定影响较大，易使整体机构出现微晃，甚至，因风叶支柱固定点偏移，常常配合钢索牵拉固定支柱，但是，由于支柱、钢索均为刚性体，在达到所受一定风阻时，仍致使刚性支柱以固定点为基点，出现微弹性倾斜摆弯形变，导致风叶旋转不稳定，增大旋轴所受扭力，提高了其运行故障率，而太阳能板也同步振动，从而未能充分利用较强状态时的风、光，并降低了其电能转换量，且风力较强时，还易使风力发电结构出现过载增热，难以稳定进行风能、电能转化，从而降低风电转换有效率。

因此，本领域技术人员提供了一种风光互补发电并储能的设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风光互补发电并储能的设备，其包括太阳能发电模块、装有风向监测模块的风力发电模块以及存储电能用蓄电池组；

重心升降模块，竖向安装于地面上；

垂风调控模块，用于负载同纵向面设置的所述风力发电模块、太阳能发电模块，及自旋调控所述风力发电模块面风相对角度；

倾摆缓冲校正模块，安装于对应所述重心升降模块顶端，其顶端与所述垂风调控模块同轴设置安装；

风阻对抗模块，以内、外双层且呈水平圆周排列设置于所述倾摆缓冲校正模块外围，并与对应所述倾摆缓冲校正模块下、上端外侧相连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述垂风调控模块包括：

旋转电机，其输出端固定有转轴筒，且所述转轴筒外侧安装有呈水平对称设置的横架；

导轨，对应水平安装于所述横架上；

驱动座架，对应安装于所述导轨上，并分别用于风力发电模块、太阳能发电模块的安装固定。

作为本发明的一种优选技术方案，所述倾摆缓冲校正模块包括：

负载柱，同轴上下配置为两组，上、下方所述负载柱分别用于转轴筒、升降支柱的安装固定；

负载座，安装于上、下方所述负载柱面向端端面，均上下对应且呈水平圆周排列设置多组，每组所述负载座内均安装有轴承，且所述轴承上同轴固定有夹腔指向轴心的U型座，上、下方对应所述U型座分别与顶压伸缩杆上输出端、下底端均铰接连接；

缓冲减震弹簧，与所述顶压伸缩杆对应设置，其上下端分别与所述顶压伸缩杆上输出端、底端相连接；

扭转倾摆组件，其上下端分别同轴固定连接于上下方所述负载柱。

作为本发明的一种优选技术方案，所述扭转倾摆组件包括：

固定筒一，其内部同轴设有球形杆，其上端均与上方所述负载柱同轴固定；

固定筒二，其内部同轴设有套于所述球形杆外侧并转动连接的扭转卡环，其下端均与下方所述负载柱同轴固定，且所述扭转卡环内侧壁呈球形曲面结构，并贴覆有压感监测单元，所述扭转卡环环壁上开设有限位槽孔，所述限位槽孔内嵌入有滚动连接的滚珠；

弹性密封环垫，其上下端分别套于所述固定筒一下端、固定筒二上端外环壁密封连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述球形杆下端球体嵌入扭转卡环的深度为球体半径的三分之四。

作为本发明的一种优选技术方案，上下方所述固定筒一相隔间距为所述球形杆下端球体半径的三分之一。

作为本发明的一种优选技术方案，一组外层所述风阻对抗模块包括：

牵拉台架，其上端安装有牵拉电机、负载转轴；

牵拉座，安装于固定筒一外侧壁上；

绳索，其上端连接于所述牵拉座上，其下端多圈缠绕于所述负载转轴外部，并与牵拉电机输出端绕接连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述重心升降模块包括：

固定底筒，纵向嵌入地表内，其上部分桶壁开设有呈圆周排列设置的条形限位槽，其底部通过导管一与油泵输出端相连通，所述油泵通过导管二与液压油罐相连通；

升降支柱，其外侧壁固定有与条形限位槽配合滑动连接的条形限位柱，其下端安装有与所述固定底筒下部分圆形桶壁密封滑动连接的密封塞。

与现有技术相比，本发明提供了一种风光互补发电并储能的设备，具备以下有益效果：

本发明中通过以纵向可升降式调控风光互补发电设备所处置空位置高度，水平可旋转式调控面风相对角度，以及采用衔接式可主动微弯结构的竖向支承构件，对风光互补发电设备受风阻传递于支承构件产生的形变，进行实时监测、反馈、调控，降低支柱潜存断裂危险系数。

2、本发明中通过配合风向监测模块监测方向，由旋转电机调控风力发电模块与风向呈相对垂直结构，降低风阻对风力发电模块中驱动风叶旋转的转轴所受扭力强度，同时，增大风力发电模块受风面域有效率，进而提高风力利用率，且通过驱动座架的调控左右，可对风力发电模块与太阳能发电模块的位置进行调控，从而增大或缩小相对伸展面域，进而对抗强风冲击，同时，也可通过改变风力发电模块、太阳能发电模块的对称点的偏移，利用自身重力，进一步提高抗风强度，且避免风力过大致使风力发电模块过载、增热，提高势能转化率及效率。

附图说明

图1为本发明的风光互补发电储能结构示意图；

图2为本发明的风光互补发电并储能实施原理示意图；

图3为本发明的倾摆缓冲校正模块结构放大示意图；

图4为本发明的扭转倾摆组件局部结构放大示意图；

图中：1、蓄电池组；2、重心升降模块；3、倾摆缓冲校正模块；4、风阻对抗模块；5、垂风调控模块；6、风力发电模块；7、太阳能发电模块；21、固定底筒；22、升降支柱；23、密封塞；24、液压油罐；25、油泵；31、负载柱；32、负载座；33、轴承；34、U型座；35、顶压伸缩杆；36、缓冲减震弹簧；37、扭转倾摆组件；371、固定筒一；372、球形杆；373、固定筒二；374、扭转卡环；375、滚珠；376、压感监测单元；377、弹性密封环垫；41、牵拉台架；42、牵拉电机；43、负载转轴；44、牵拉座；45、绳索；51、转轴筒；52、横架；53、导轨；54、驱动座架；55、旋转电机。

实施方式

参照图1-4，本发明提供一种技术方案：一种风光互补发电并储能的设备，其包括太阳能发电模块7、装有风向监测模块的风力发电模块6以及存储电能用蓄电池组1；

重心升降模块2，竖向安装于地面上；

垂风调控模块5，用于负载同纵向面设置的所述风力发电模块6、太阳能发电模块7，及自旋调控所述风力发电模块6面风相对角度；

倾摆缓冲校正模块3，安装于对应所述重心升降模块2顶端，其顶端与所述垂风调控模块5同轴设置安装；

风阻对抗模块4，以内、外双层且呈水平圆周排列设置于所述倾摆缓冲校正模块3外围，并与对应所述倾摆缓冲校正模块3下、上端外侧相连接；

本结构设计，以纵向可升降式调控风光互补发电设备所处置空位置高度，水平可旋转式调控面风相对角度，以及采用衔接式可主动微弯结构的竖向支承构件，对风光互补发电设备受风阻传递于支承构件产生的形变，进行实时监测、反馈、调控，从而避免常规用于支承风光互补发电设备用的一体式支柱受风阻产生折弯，使得支柱受力点相隔相对间距随风阻增大而缩小，使得支柱潜存断裂危险系数提高，即，同风阻强度下，支柱自身折弯，致使两端支承端点间距缩小，进而作用点之间承受的相对压力均值增大；

并促进风力发电模块处于最佳风-电转化状态，避免风力过大致使风力发电模块过载、增热，以及风力过小，共同影响势能转化的稳定性，并降低势能转化率及效率。

本实施例中，所述垂风调控模块5包括：

旋转电机55，其输出端固定有转轴筒51，且所述转轴筒51外侧安装有呈水平对称设置的横架52；

导轨53，对应水平安装于所述横架52上；

驱动座架54，对应安装于所述导轨53上，并分别用于风力发电模块6、太阳能发电模块7的安装固定；

此结构设计，主要用于配合风向监测模块监测方向，由旋转电机调控风力发电模块与风向呈相对垂直结构，降低风阻对风力发电模块中驱动风叶旋转的转轴所受扭力强度，同时，增大风力发电模块受风面域有效率，进而提高风力利用率；

且通过驱动座架的调控左右，可对风力发电模块与太阳能发电模块的位置进行调控，从而增大或缩小相对伸展面域，进而对抗强风冲击，同时，也可通过改变风力发电模块、太阳能发电模块的对称点的偏移，利用自身重力，进一步提高抗风强度。

本实施例中，所述倾摆缓冲校正模块3包括：

负载柱31，同轴上下配置为两组，上、下方所述负载柱31分别用于转轴筒51、升降支柱22的安装固定；

负载座32，安装于上、下方所述负载柱31面向端端面，均上下对应且呈水平圆周排列设置多组，每组所述负载座32内均安装有轴承33，且所述轴承33上同轴固定有夹腔指向轴心的U型座34，上、下方对应所述U型座34分别与顶压伸缩杆35上输出端、下底端均铰接连接；

缓冲减震弹簧36，与所述顶压伸缩杆35对应设置，其上下端分别与所述顶压伸缩杆35上输出端、底端相连接；

扭转倾摆组件37，其上下端分别同轴固定连接于上下方所述负载柱31；

此结构设计，主要用于对风力发电模块受风作用后，对升降支柱的作用力的实时分析及作增加方向对抗力，抵抗风阻，尤其是，受风强度瞬间增强时，能够由本结构自行产生微弯进行缓冲，避免升降支柱产生形变弯折，提高升降支柱潜存断裂危险系数；

由风向监测模块监测方向，并反馈至多组顶压伸缩杆以及风阻对抗模块中，共同增加顶压强度及牵拉强度，尤其是处于与风向呈平行状态的顶压伸缩杆，为主增压强度，并与扭转倾摆组件实时反馈，保证增压的同时，确保上下方负载座处于同轴状态，进而使得作用于升降支柱的应力分布均匀，且通过风阻对抗模块，进一步降低升降支柱所受偏移竖向的应力强度。

本实施例中，所述扭转倾摆组件37包括：

固定筒一371，其内部同轴设有球形杆372，其上端均与上方所述负载柱31同轴固定；

固定筒二373，其内部同轴设有套于所述球形杆372外侧并转动连接的扭转卡环374，其下端均与下方所述负载柱31同轴固定，且所述扭转卡环374内侧壁呈球形曲面结构，并贴覆有压感监测单元376，所述扭转卡环374环壁上开设有限位槽孔，所述限位槽孔内嵌入有滚动连接的滚珠；

弹性密封环垫377，其上下端分别套于所述固定筒一371下端、固定筒二373上端外环壁密封连接；

此结构设计，主要呈相对万向摆动的结构，对负载柱及其上部安装的构件的倾斜状态进行监测，由压感监测单元对球体具有趋向摆动以施压方式进行监测，其具有摆弯朝向的趋向趋势，进行精准监测，并作用于风阻对抗模块及顶压伸缩杆进行调控对抗风阻，且球体外部注入有润滑油。

本实施例中，所述球形杆372下端球体嵌入扭转卡环374的深度为球体半径的三分之四，提高扭转稳定性。

本实施例中，上下方所述固定筒一371相隔间距为所述球形杆372下端球体半径的三分之一，相对提高可扭转范围。

本实施例中，一组外层所述风阻对抗模块4包括：

牵拉台架41，其上端安装有牵拉电机42、负载转轴43；

牵拉座44，安装于固定筒一371外侧壁上；

绳索45，其上端连接于所述牵拉座44上，其下端多圈缠绕于所述负载转轴43外部，并与牵拉电机42输出端绕接连接。

本实施例中，所述重心升降模块2包括：

固定底筒21，纵向嵌入地表内，其上部分桶壁开设有呈圆周排列设置的条形限位槽，其底部通过导管一与油泵25输出端相连通，所述油泵25通过导管二与液压油罐24相连通；

升降支柱22，其外侧壁固定有与条形限位槽配合滑动连接的条形限位柱，其下端安装有与所述固定底筒21下部分圆形桶壁密封滑动连接的密封塞23；

此结构设计，主要通过液压油上升下降方式调控升降支柱的上升及下降，提高支撑面接触面积，以及接收风力发电模块中的风叶转速数据的反馈，调控最佳高度，使得风叶处于相对最佳转速状况下，且，作为强风出现时，也可降低整体设备的重心，提高设备稳定强度。

在具体实施时，将重心升降模块安装于地面端，将倾摆缓冲校正模块、垂风调控模块、太阳能发电模块、风力发电模块以及风阻对抗模块对应安装，由并通过风力发电模块监测风向，并反馈至垂风调控模块中，由旋转电机调控风力发电模块与风向相对垂直，且由风力发电模块中的风叶转速反馈至牵拉电机及油泵，由牵拉电机及油泵在升降支柱可升降范围内，调控升降支柱上移，使得风叶旋转处于最佳运行状态，完成后，由风力发电模块配合太阳能发电模块向蓄电池组中进行充电，同时，由风力发电模块对风向进行监测，并反馈至倾摆校正模块、风阻对抗模块、重心升降模块中，配合调控，并通过倾摆缓冲校正模块中的负载柱的同轴状态、风叶旋转的最佳状态以及风力发电模块与风向的最佳相对对应角度，对本结构对应角度进行调控，其中，需要注意的是，对于风力强度采用分段式范围监测，降低风叶调控频率，进而提高运行稳定性。

以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种风光互补发电并储能的设备，其包括太阳能发电模块（7）、装有风向监测模块的风力发电模块（6）以及存储电能用蓄电池组（1），其特征在于：

重心升降模块（2），竖向安装于地面上；

垂风调控模块（5），用于负载同纵向面设置的所述风力发电模块（6）、太阳能发电模块（7），及自旋调控所述风力发电模块（6）面风相对角度；

倾摆缓冲校正模块（3），安装于对应所述重心升降模块（2）顶端，其顶端与所述垂风调控模块（5）同轴设置安装；

风阻对抗模块（4），以内、外双层且呈水平圆周排列设置于所述倾摆缓冲校正模块（3）外围，并与对应所述倾摆缓冲校正模块（3）下、上端外侧相连接；

所述倾摆缓冲校正模块（3）包括：负载柱（31），同轴上下配置为两组，上、下方所述负载柱（31）分别用于转轴筒（51）、升降支柱（22）的安装固定；

负载座（32），安装于上、下方所述负载柱（31）面向端端面，均上下对应且呈水平圆周排列设置多组，每组所述负载座（32）内均安装有轴承（33），且所述轴承（33）上同轴固定有夹腔指向轴心的U型座（34），上、下方对应所述U型座（34）分别与顶压伸缩杆（35）上输出端、下底端均铰接连接；

缓冲减震弹簧（36），与所述顶压伸缩杆（35）对应设置，其上下端分别与所述顶压伸缩杆（35）上输出端、底端相连接；

扭转倾摆组件（37），其上下端分别同轴固定连接于上下方所述负载柱（31）；

所述扭转倾摆组件（37）包括：固定筒一（371），其内部同轴设有球形杆（372），其上端均与上方所述负载柱（31）同轴固定；

固定筒二（373），其内部同轴设有套于所述球形杆（372）外侧并转动连接的扭转卡环（374），其下端均与下方所述负载柱（31）同轴固定，且所述扭转卡环（374）内侧壁呈球形曲面结构，并贴覆有压感监测单元（376），所述扭转卡环（374）环壁上开设有限位槽孔，所述限位槽孔内嵌入有滚动连接的滚珠；

弹性密封环垫（377），其上下端分别套于所述固定筒一（371）下端、固定筒二（373）上端外环壁密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种风光互补发电并储能的设备，其特征在于：所述垂风调控模块（5）包括：

旋转电机（55），其输出端固定有转轴筒（51），且所述转轴筒（51）外侧安装有呈水平对称设置的横架（52）；

导轨（53），对应水平安装于所述横架（52）上；

驱动座架（54），对应安装于所述导轨（53）上，并分别用于风力发电模块（6）、太阳能发电模块（7）的安装固定。

3.根据权利要求1所述的一种风光互补发电并储能的设备，其特征在于：所述球形杆（372）下端球体嵌入扭转卡环（374）的深度为球体半径的三分之四。

4.根据权利要求1所述的一种风光互补发电并储能的设备，其特征在于：上下方所述固定筒一（371）相隔间距为所述球形杆（372）下端球体半径的三分之一。

5.根据权利要求1所述的一种风光互补发电并储能的设备，其特征在于：一组外层所述风阻对抗模块（4）包括：

牵拉台架（41），其上端安装有牵拉电机（42）、负载转轴（43）；

牵拉座（44），安装于固定筒一（371）外侧壁上；

绳索（45），其上端连接于所述牵拉座（44）上，其下端多圈缠绕于所述负载转轴（43）外部，并与牵拉电机（42）输出端绕接连接。

6.根据权利要求1所述的一种风光互补发电并储能的设备，其特征在于：所述重心升降模块（2）包括：

固定底筒（21），纵向嵌入地表内，其上部分桶壁开设有呈圆周排列设置的条形限位槽，其底部通过导管一与油泵（25）输出端相连通，所述油泵（25）通过导管二与液压油罐（24）相连通；

升降支柱（22），其外侧壁固定有与条形限位槽配合滑动连接的条形限位柱，其下端安装有与所述固定底筒（21）下部分圆形桶壁密封滑动连接的密封塞（23）。