CN115342028A - 一种全环境适用的风机立塔发电系统和发电控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全环境适用的风机立塔发电系统和发电控制方法，风机立塔发电系统包括立塔主体和主控制器，立塔主体上设置有第一立柱和连接在第一立柱上且依次层叠的风力发电模组，风力发电模组包括安装平台、风门框和垂直风机，安装平台和风门框之间设置有向上移动和/或向下移动的风门板开关组件，相邻风门框之间设有导风口，风门板开关组件受牵引机构驱动，牵引机构与主控制器电连接，牵引机构驱动风门板开关组件用于关闭/开启导风口，垂直风机与导风口相对设置，主控制器采集垂直风机的过载信号。本发明解决了海岛、沿海风能富集地区的风电场安装的禁益，最大程度上利用了风电绿色资源，提升风电绿色能源效益。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种全环境适用的风机立塔发电系统和发电控制方法。
背景技术
风力发电机为户外工作系统，要面对各种不同的气象条件环境。
传统风力发电机，由于风机风能转换效益低，受风机单机一体结构思路局限，在发电输出功率增加上只能采用单一的增大风叶长度措施，靠风机占空体积增大扫风面积，这个风力发电思路同时会带来系列抗气象环境安全的问题：
风能富集的强风区，是风机使用效益最好的场合，但这种场合会有恶劣天气的影响，例如台风、飓风等。当遇12级以上台风时，传统风机就会发生倾覆损坏，特别是这些强台风区，其几年一度的台风强度会可能达到15-17级的超强台风，这对大部分的风机，都会是毁灭性的灾害，从安全发电方面考虑，风力发电系统的安全指标应该有抗超级台风(15-18级)的可靠保护措施，应对强风区的恶劣风力环境。
寒冷地区的冬季季风是风能富集的季节，但也会带来风机设备的冻害，传统风机体积大，风叶的结冰直接会折断风叶，现有传统户外大体积的风机结构，基本不可能在风机上采用主动防结冰或除冰保护措施，唯一能够保证安全的措施就是停机，并采用风叶直升机外部除冰方法，以保证风叶的冰害安全。
现今户外的传统风机都是大框架单个转轮的一体风机，引雷能力强，直接雷击概率高，而且转轮和支架电气共地，高大的金属框架容易引雷，电气系统很容易遭雷击损坏，一旦损坏，对大风机维护成本很高，对小风机就会失去二次维护利用的价值；而且大框架单个转轮的一体风机运输及现场安装均不方便。
传统风机的大型风电场拥有数以百计的风力涡轮机叶片，而与风力涡轮机叶片的碰撞是风电场导致鸟类死亡的直接原因，风机叶片的旋转高度范围一般在40m-120m，如果鸟类飞行中遇到风力涡轮机叶片而不能及时改变路线，具有很高的撞击风险，这对大型鸟类伤害更大，传统风机的具体应对措施只能是择址和驱鸟措施，但效果有限。
风机噪声是影响周边民居环境的安全隐患难题，传统大风机，机械噪声大，传输距离远，严重影响周围居民的生活。
传统风机完全凭借所处环境风力实现电力的输出，这样的发电系统的电力输出不稳定、不高效，无法同时兼顾风力最大利用率和安全发电。
因此，对于传统风机的现有结构，对这些全工作环境存在的问题，并非视而不见，而是因存在先天的风机结构的思路方向性错误，造成不可解决的技术缺陷，这种确实存在的安全隐患，使得风机需要远离(300米)人居和线网密集场所才能安装使用，而风能富集的海岛、沿海一线，大都为人居集中和线网密集场合，对现有传统风机这种风能利用的高价值场合都是安全禁用的红线范围内，没有立项利用的可能，造成风能资源的巨大浪费。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种全环境适用的风机立塔发电系统，包括立塔主体和主控制器，所述立塔主体上设置有第一立柱和连接在所述第一立柱上且依次层叠的风力发电模组，所述风力发电模组包括安装平台、连接在所述安装平台外周的风门框和安装在所述安装平台的垂直风机，所述安装平台和所述风门框之间设置有向上移动和/或向下移动的风门板开关组件，所述风门板开关组件位于相邻所述第一立柱的立面上，相邻所述风门框之间设有导风口，所述风门板开关组件受牵引机构驱动，所述牵引机构与所述主控制器电连接，所述垂直风机与所述导风口方向相对设置，所述主控制器采集所述垂直风机的过载信号，所述牵引机构驱动所述风门板开关组件用于关闭/开启所述导风口的开度来控制所述垂直风机的进风口风量。
本发明进一步设置为所述风门板包括上风门板和下风门板，处于同一组的所述风力发电模组上的所述上风门板和所述下风门板在垂直方向上错位设置，所述风力发电模组上的所述上风门板/所述下风门板与相邻的所述风力发电模组上的所述下风门板/所述上风门板处于同一垂直方向上。
本发明进一步设置为所述风门框朝向所述安装平台一侧的上下两端设置有上卡槽和下卡槽，所述导风口开启时所述上风门板设置在所述下卡槽内，所述导风口开启时所述下风门板设置在所述上卡槽内，所述上风门板的宽度和所述下风门板的宽度均大不于所述风门框的宽度，所述风门框之间设置有第一固定棒或第二固定棒，所述第一固定棒与所述第二固定棒在垂直方向上错位设置，所述上风门板和所述下风门板穿置在所述第一固定棒上或所述第二固定棒上。
本发明进一步设置为所述牵引机构包括设置在所述风门框的每个侧面的第一牵引组和第二牵引组，所述第一牵引组包括第一牵引电机、第一牵引绳和第一支撑轮组，所述第一支撑轮组分别设置在所述立塔主体的顶部和底部，所述第一牵引绳连接在所述第一支撑轮组之间，所述第一牵引电机与所述第一牵引绳连接，所述第二牵引组包括第二牵引电机、第二牵引绳和第二支撑轮组，所述第二支撑轮组分别设置在所述立塔主体的顶部和底部，所述第二牵引绳连接在所述第二支撑轮组之间，所述第二牵引电机与所述第二牵引绳连接，相邻的所述风力发电模组上的所述风门板分别连接所述第一牵引绳和所述第二牵引绳，所述第一牵引绳和所述第二牵引绳带动所述上风门板/所述下风门板进行上升或下降。
本发明进一步设置为所述风门框远离所述安装平台一侧的中心设有凸边，所述凸边的两侧设置有泄风斜面，所述泄风斜面靠近上下两侧的所述导风口均过渡有导风斜面，所述导风斜面沿所述凸边斜延至所述导风口。
本发明进一步设置为所述风力发电模组还包括加热除冰组件，所述加热除冰组件包括加热件、温度传感器和除冰控制器组成，所述温度传感器和所述加热件均与所述除冰控制器电连接，所述加热件设置在所述风门框的内侧和/或所述垂直风机的风叶轴承部位。
本发明进一步设置为所述立塔主体的外周设置有与所述第一立柱相对应的第二立柱和/或第三立柱，所述第二立柱和/或所述第三立柱分别与所述第一立柱固定连接，所述第二立柱和第一立柱之间设有固定风口，所述固定风口上设置有固定风板，所述第三立柱和所述第二立柱之间设有调节风口，所述调节风口上设置有导向棒和活动连接在所述导向棒上的调节风板，所述调节风板受控于牵拉机构，所述牵拉机构包括牵拉电机、牵拉绳和牵拉轮组，所述牵拉轮组分别固定在所述调节风口的顶部和底部，所述牵拉绳连接在所述牵拉轮组之间，所述牵拉电机与所述牵拉绳连接，所述牵拉电机与所述主控制器电连接，所述立塔主体上设置有测风仪，所述测风仪与所述主控制器电连接。
本发明进一步设置为所述立塔主体的外周还设置有钢索固定点，所述第一立柱与至少三个所述钢索固定点之间连接有防鸟钢索，所述第二立柱和/或所述第三立柱与至少三个所述钢索固定点之间直接或间接连接有防鸟钢索。
本发明进一步设置为所述第一立柱的顶端设置有感应消雷型避雷针，所述第二立柱和/或所述第三立柱的顶端设置有感应消雷型避雷针。
本发明进一步设置为所述立塔主体内还设置有直流蓄能组件，所述直流蓄能组件与所述主控制器连接通信，所述直流蓄能组件与所述垂直风机电连接。
一种风机立塔发电控制方法，采用上述的风机立塔发电系统，包括：
所述主控制器根据所述垂直风机的过载信号和外部负载用电情况，控制第一牵引电机和/或第二牵引电机工作，带动所述上风门板和所述下风门板进行上升或下降动作，实现导风口的开度调节，使风机立塔发电系统上的垂直风机不发生过载运行的情况下向外部负载提供的所需电能；
所述除冰控制器根据所述温度传感器采集的温度信号，控制所述加热件工作，使所述风门框的内侧和/或所述垂直风机的风叶轴承部位的温度升高；
主控制器根据外部负载用电情况和/或直流蓄能组件的储能情况，控制第一牵引电机和/或第二牵引电机工作，带动上风门板和下风门板进行上升或下降动作，实现导风口的开度调节。
本发明进一步设置为所述主控制器根据所述测风仪获取外部风力大小信息，控制牵拉电机工作，带动所述调节风板进行上升或下降动作，实现调节风口的开度调节，使风机立塔发电系统进行泄风或导风。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.风机立塔发电系统在结构上采用复合层叠的方式，使风力发电模组能够以相同结构平台在垂直空间组合，满足强度要求并降低设计、加工、安装的难度，主控制器采集各个垂直风机的过载信号，当垂直风机因为外部风力过大导致风机过载运行时，主控制器控制牵引机构工作，驱使风门板移动减少导风口的开度，从而减少风对垂直电机的作用力，避免垂直电机过载，反之，当垂直风机因外部风力较小未达到满载运行时，主控制器控制牵引机构工作，驱使风门板移动增大导风口的开度，从而提高垂直电机的发电效率。风机立塔发电系统保证发电机输出系统的过载安全前提下高效电能地输出，具体以最大风力利用为原则，根据其中之一风机过载、负载用电输出需求和抗台要求启动，进行风门板的升降程度从而实现导风口的开度调节，解决了海岛、沿海风能富集地区的风电场安装的禁益，最大程度上利用了风电绿色资源，实现风电绿色能源效益提升，降低风电的度电成本，提升整个风电市场绿色能源的经济和社会效益。
2.通过在风机立塔发电系统内安装平台上设置固定安装的垂直风机，保证风机机身的稳定安全要求；通过立塔风机功率组合方式，减少单个风叶的承力强度，相对提高风叶的机械强度；通过增设自动风门板，在风机立塔系统遇强风时，通过自动风门的调节对进入风机立塔系统内的风力进行阻隔，进而对内部的垂直风机起到保护作用，同时防止内部垂直风机因电气设备过载而损坏；模块化的独立垂直风机也便于检修和更换，后期维护更加便捷，香蕉于传统大型风机降低了风机的机械噪声，可以在电力线网密布的人居场合安装使用。
3.每组风力发电模组的风门板采用错开设置的上风门板和下风门板的结构，在导风口完全打开时，上、下风门板会收缩在风门框内，最大化地增加风力发电模组之间导风口的进风面积，提高风机立塔发电系统整体的风能利用率；为了保证同一立面上的风门板的正常运行，因此同一立面需要采用两组独立的牵引机构，来实现各层的上、下风门板的上升或下降；上、下风门板采用固定棒进行导向，提高风门板升降可靠性，也保证了风门板本身抗击强风的要求。
4.每组风力发电模组的风门框中部形成左右两侧的泄风斜面，用于风门框正面强风的泄风减压，有效降低强风对风力发电模组的冲击力，泄风斜面与导风口之间过渡衔接有导风斜面，使导风口形成喇叭外大内小的外扩形状，能够把风门框正对的部分阻力风转换成动力风，通过加速增加进入立塔内的风力等级，提高小风情况下的风能利用效益。
5.在风机立塔的外周设置多个钢索固定点，每个钢索固定点分别与相应的立柱之间连接有防鸟钢索，起到防鸟撞碰的告警保护作用；同时进一步加强风机立塔发电系统的重心稳定安全要求；防鸟索安装更换方便，能够根据使用期的维护需要低成本更换，从而保证整个风机立塔使用期的运行安全性，延长风机的安全使用年限。
6.在风力发电模组内设置有加热除冰组件，防止垂直风机的风机转轴结冰停转的事故发生，同时可以主动利用风门板关闭的安装平台封闭空间加热除冰，达到冰雪天气风机正常发电的要求。
7.通过风机立塔系统内部风机独立设置的直流蓄能组件，可以根据风力强度，组合调度一次输出的风机台数，保证立塔输出稳定的电能。
8.通过在各个立柱的顶部设置感应消雷型避雷针，对风机立塔发电系统起到雷雨天气的防雷安全保护。
附图说明
图1为本发明实施例1风机立塔发电系统主视图。
图2为本发明实施例1风力发电模组立体图。
图3为本发明实施例1风门框立体图。
图4为本发明实施例1风机立塔发电系统某一立面示意图。
图5为本发明实施例1风机立塔发电系统某一立面牵引系统示意图。
图6为本发明实施例1牵引机构示意图。
图7为本发明实施例1风机立塔发电系统电气连接方框图。
图8为本发明实施例1加热除冰组件电气连接方框图。
图9为本发明实施例2风机立塔发电系统主视图。
图10为本发明实施例2风机立塔发电系统俯视图。
图11为本发明实施例3风机立塔发电系统主视图。
图12为本发明实施例3风机立塔发电系统俯视图。
图13为本发明实施例3风机立塔发电系统局部立体图。
图14为本发明实施例4风机立塔发电系统立体图。
图15为图14中A部放大图。
图16为本发明实施例4风机立塔发电系统主视图。
图17为本发明实施例4风机立塔发电系统俯视图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
结合附图1至附图8，本实施例技术方案风机立塔发电系统，包括立塔主体100和主控制器200，所述立塔主体100上设置有第一立柱110和连接在所述第一立柱110上且依次层叠的风力发电模组120，所述风力发电模组120包括安装平台121、连接在所述安装平台121外周的风门框122和安装在所述安装平台121的垂直风机123，所述安装平台121和所述风门框122之间设置有向上移动和/或向下移动的风门板开关组件，所述风门板开关组件位于相邻两根所述第一立柱110的立面上，上下相邻所述风门框122之间设有导风口126，所述风门板开关组件受牵引机构130驱动，所述牵引机构130的动力源与所述主控制器200电连接，所述垂直风机123与所述导风口126相对设置，所述主控制器200采集所述垂直风机123的过载信号，所述牵引机构130驱动所述风门板开关组件用于关闭/开启所述导风口126的开度来控制所述垂直风机123的进风口风量。
在本实施例中，所述第一立柱110设置有四根，即立塔主体100具有四个立面；在另外的实施例中，所述第一立柱110的数量也可以为三根以及四根以上，根据第一立柱110数量的不同，立塔主体的立面也会相对发生变化。
在本实施例中，所述主控制器200通过驱动模块来控制所述垂直风机123的启停。
在本实施例中，所述垂直风机123的过载信号可以是采集垂直风机123的电流信号、电压信号、功率信号和温度信号中的至少一个。
在本实施例中，所述安装平台121内垂直风机123的各进风口面位置与所述外周立面进风口面都是以平行设置，不存在重叠布局，提高垂直风机风电转化效率。
在本实施例中，对所述主控制器200的安装位置并不进行限定，根据需要进行安装，因此图中并未示出。
在本实施例中，所述风门板开关组件包括上风门板124和下风门板125，处于同一组的所述风力发电模组120上的所述上风门板124和所述下风门板125在垂直方向上错位设置，所述风力发电模组120上的所述上风门板124/所述下风门板125与相邻的所述风力发电模组120上的所述下风门板125/所述上风门板124处于同一垂直方向上。采用错开设置的上风门板和下风门板的结构，在导风口完全打开时，上、下风门板会收缩在风门框内，最大化地增加风力发电模组之间导风口的进风面积，提高风机立塔发电系统整体的风能利用率。
在另外的实施例中，所述风门板开关组件也可以仅仅设置有向上/下移动的风门板，此类单向移动的风门板也能起到所述导风口开度调节的作用，但是相较于错位设置的上、下风门板导风口的进风面积较小。
在本实施例中，所述风门框122朝向所述安装平台121一侧的上下两端设置有上卡槽127和下卡槽128，所述导风口126开启时所述上风门板124设置在所述下卡槽128内，所述导风口126开启时所述下风门板125设置在所述上卡槽127内，所述上风门板124的宽度和所述下风门板125的宽度均大不于所述风门框122的宽度，所述风门框122之间设置有第一固定棒129或第二固定棒1210，所述第一固定棒129与所述第二固定棒1210在垂直方向上错位设置，同一组的所述风力发电模组120上的所述上风门板124和所述下风门板125分别穿置在所述第一固定棒129上和所述第二固定棒1210上，所述风力发电模组120上的所述上风门板124和相邻的所述风力发电模组120上的所述下风门板125连接在所述第一固定棒129上或所述第二固定棒1210上。其中上卡槽127和下卡槽128用于下、上风门板在导风口126完全打开时的收纳，也为上、下风门板关闭到位时的限位；第一固定棒129和第二固定棒1210用于上、下风门板在升降过程中的导向，提高风门板开关组件升降可靠性，也保证了风门板开关组件本身抗击强风的要求。
在本实施例中，所述牵引机构130包括设置在所述风门框122的每个立面的第一牵引组和第二牵引组，所述第一牵引组包括第一牵引电机131、第一牵引绳132和第一支撑轮组133，所述第一支撑轮组133分别设置在所述立塔主体100的顶部和底部，所述第一牵引绳132连接在所述第一支撑轮组133之间，所述第一牵引电机131与所述第一牵引绳132连接，所述第二牵引组包括第二牵引电机134、第二牵引绳135和第二支撑轮组136，所述第二支撑轮组136分别设置在所述立塔主体100的顶部和底部，所述第二牵引绳135连接在所述第二支撑轮组136之间，所述第二牵引电机134与所述第二牵引绳135连接，相邻的所述风力发电模组120上的所述风门板开关组件分别连接所述第一牵引绳132和所述第二牵引绳135，所述第一牵引绳132和所述第二牵引绳135带动所述上风门板124/所述下风门板125进行上升或下降。
在本实施例中，第一牵引绳132、第二牵引绳135上均设置有移动块或移动板137，在移动板137随牵引绳移动行程的两端设置有行程开关138，移动板137的可移动距离不小于上风门板124或下风门板125的可移动距离。
结合附图4和附图5，针对上述各组风力发电模组120的风门板开关组件、固定棒及牵引机构排布结构进行说明：设置有6组风力发电模组120，从上至下依次为第一风力发电模组120-1、第二风力发电模组120-2、第三风力发电模组120-3、第四风力发电模组120-4、第五风力发电模组120-5、第六风力发电模组120-6；第一风力发电模组120-1的下风门板125-1和第二风力发电模组120-2的上风门板124-2同一根第一固定棒129上，第三风力发电模组120-3的下风门板125-3和第四风力发电模组120-4的上风门板124-4同一根第一固定棒129上，第五风力发电模组120-5的下风门板125-5和第六风力发电模组120-6的上风门板124-6同一根第一固定棒129上；第二风力发电模组120-2的下风门板125-2和第三风力发电模组120-3的上风门板124-3同一根第二固定棒1210上，第四风力发电模组120-4的下风门板125-4和第五风力发电模组120-5的上风门板124-5同一根第二固定棒1210上；第一固定棒129和第二固定棒1210错位设置；第一风力发电模组120-1的下风门板125-1、第三风力发电模组120-3的下风门板125-3、第五风力发电模组120-5的下风门板125-5、第五风力发电模组120-5的上风门板124-5和第三风力发电模组120-3的下风门板124-3连接在第一牵引绳132上；第二风力发电模组120-2的上风门板124-2、第四风力发电模组120-4的上风门板124-4、第六风力发电模组120-6的上风门板124-6、第四风力发电模组120-4的下风门板125-4和第二风力发电模组120-2的上风门板125-2连接在第二牵引绳135上。从而实现各组风力发电模组上的上风门板、下风门板的配合以及同步升降。
在本实施例中，所述风门框122远离所述安装平台121一侧的中心设有凸边1221，所述凸边1221为风门框122的外表面最凸出的部位，所述凸边1221的两侧设置有泄风斜面1222，所述泄风斜面1222离所述凸边1221越远的位置宽度越宽，所述泄风斜面1222用于风门框122正面强风的泄风减压，有效降低强风对风力发电模组120的冲击力；所述泄风斜面1222靠近上下两侧的所述导风口126均过渡有导风斜面1223，所述导风斜面1223沿所述凸边1221斜延至所述导风口126，使得所述导风口126的截面呈外宽内窄的喇叭形状，能够把风门框122正对的部分阻力风转换成动力风，通过加速增加进入立塔内的风力等级，提高小风情况下的风能利用效益。
在本实施例中，所述风力发电模组120还包括加热除冰组件，所述加热除冰组件包括加热件141、温度传感器142和除冰控制器143组成，所述温度传感器142和所述加热件141均与所述除冰控制器143电连接，所述加热件141设置在所述风门框122的内侧和所述垂直风机123的风叶轴承部位，所述温度传感器142设置在风力发电模组120内部。加热除冰组件防止垂直风机的风机转轴结冰停转的事故发生，同时可以主动利用风门板关闭后安装平台形成封闭空间加热除冰，达到冰雪天气风机正常发电的要求。
在本实施例中，所述第一立柱110的顶端设置有感应消雷型避雷针190，消雷型避雷针190对风机立塔发电系统起到雷雨天气的防雷保护。感应消雷型避雷针190可以参考公开号为CN102354910B的中国专利。
在本实施例中，所述立塔主体100内还设置有直流蓄能组件300，所述直流蓄能组件300与所述主控制器200连接通信，所述直流蓄能组件300与所述垂直风机123电连接。
在另外的实施例中，所述第一牵引电机131和所述第二牵引电机134可通过旋转编码器与所述主控制器200连接，实现风门板开关组件升降的无级可调，提高风机立塔发电系统的导风口126开度的平滑调节，从另一方面也可以提升对风能的转换效率。
在本实施例中，所述立塔主体100的外表面设置有警示灯，用于夜晚警示。
在本实施例中，所述垂直风机123的内容可参考公开号为CN113187666A的中国专利一种风力发电设备和系统中的风力发电设备；若干所述垂直风机根据风机立塔发电系统各个立面均匀受风效益最好和风机占空最小原则设计，所述垂直风机安装在所述安装平台中心点的一侧，以所述安装平台中心点为对称点呈中心对称布置。
在本实施例中，风机立塔发电系统的整体高度较低，在20米以内；以20米的风机立塔发电系统为例，每个风力发电模组高2米，除去底部和顶部4米高度，共有8个平台可以安装垂直风机32台，每个垂直风机的正常风力利用为7级风，一个0.5平方风叶面积发电功率6-10千瓦，风机立塔的输出利用功率为200-300千瓦。
实施例2
再结合附图9、10，本实施例与实施例1不同的是，所述立塔主体的外周还设置有钢索固定点180，所述钢索固定点180相应布置在所述第一立柱110的外侧，具体的是第一立柱110对角连接线上的延伸处，每根所述第一立柱110与其最近三个所述钢索固定点180之间连接有防鸟钢索181，从而在所述立塔本体100的外围构成防鸟钢索网，起到防鸟撞碰的告警保护作用，同时进一步加强风机立塔发电系统的重心稳定安全要求。
在本实施例中，风机立塔发电系统的整体高度中等，在50米以内；以50米的风机立塔发电系统为例，每个风力发电模组高2米，除去底部和顶部4米高度，共有23个平台可以安装垂直风机92台，每个垂直风机的正常风力利用为7级风，一个0.5平方风叶面积发电功率6-10千瓦，风机立塔的输出利用功率为552-920千瓦。
实施例3
再结合附图11至附图13，本实施例与实施例2不同的是，所述立塔主体100的外周还设置有与所述第一立柱110相对应的第二立柱150，所述第二立柱150与所述第一立柱110固定连接，所述第二立柱150和第一立柱110之间设有固定风口151，所述固定风口151上设置有固定风板152，所述固定风板152占据所述固定风口151的一半面积，所述固定风板152靠近所述第二立柱150设置。在强风情况下，通过第一立柱和第二立柱的固定风口快速泄风，进一步提高风机立塔发电系统在强风时候的稳定性能。
在本实施例中，所述第二立柱150和所述第一立柱110之间采用金属横梁固定连接，所述第二立柱150设置在所述第一立柱110对角连接线上的延伸处，所述第二立柱150的高度低于所述第一立柱110的高度。
在本实施例中，所述第二立柱150的顶端也设置有消雷型避雷针190。
在本实施例中，每根所述第二立柱150与其最近三个所述钢索固定点180之间也连接有防鸟钢索181。
在本实施例中，风机立塔发电系统的整体高度较高，在100米以内；以100米的风机立塔发电系统为例，每个风力发电模组高2米，除去底部和顶部4米高度，共有48个平台可以安装垂直风机192台，每个垂直风机的正常风力利用为7级风，一个0.5平方风叶面积发电功率6-10千瓦，风机立塔的输出利用功率为1152-1920千瓦。
实施例4
再结合附图14至附图17，本实施例与实施例3不同的是，所述立塔主体的外周设置有与所述第一立柱110相对应的第三立柱160，所述第三立柱160与所述第一立柱110或所述第二立柱150固定连接，所述第三立柱160和所述第二立柱150之间设有调节风口161，所述调节风口161上设置有导向棒163和活动连接在所述导向棒163上的调节风板162，所述调节风板162受控于牵拉机构170，所述牵拉机构170包括牵拉电机171、牵拉绳172和牵拉轮组173，所述牵拉轮组173分别固定在所述调节风口161的顶部和底部，所述牵拉绳172连接在所述牵拉轮组173之间，所述牵拉电机171与所述牵拉绳172连接，所述牵拉电机171与所述主控制器200电连接，所述立塔主体100上设置有测风仪174，所述测风仪174与所述主控制器200电连接。
在本实施例中，所述第二立柱150和所述第三立柱160之间设置的是风口大小可调节的调节风口161，且调节风板162是上下一致移动的，因此只需要设置一组牵拉机构就能实现第二立柱150和第三立柱160之间立面上所有调节风板162的移动。在强风情况下，测风仪174测得风力为强风并将风力等级信号发送给主控制器200，主控制器200控制牵拉机构170工作，牵拉电机171驱使调节风板162移动从而打开调节风口161，从而进行快速泄风；反之在弱风情况下，测风仪174测得风力为弱风并将风力等级信号发送给主控制器200，主控制器200控制牵拉机构170工作，牵拉电机171驱使调节风板162移动从而关闭调节风口161，从而向导风口126进行导风，增强进入导风口126的风力。风口大小可调节的调节风口起到强风加强稳定和小风加风增加风力的双重兼顾作用。
在另外的实施例中，也可以设置另外独立的控制器用于牵拉机构170的工作。
在本实施例中，所述第三立柱160采用金属横梁与所述第二立柱150或所述第一立柱110固定连接，所述第三立柱160设置在所述第一立柱110对角连接线上的延伸处，所述第三立柱160的高度低于所述第二立柱150的高度。
在本实施例中，所述第三立柱160的顶端也设置有消雷型避雷针190。
在本实施例中，每根所述第三立柱160与其最近三个所述钢索固定点180之间也连接有防鸟钢索181，与实施例3不同的是，所述第二立柱150与所述钢索固定点180直接连接变为所述第二立柱150与所述第三立柱160之间连接有防鸟钢索，即所述的间接连接。
在本实施例中，风机立塔发电系统的整体高度偏高，在100米以上；以150米的风机立塔发电系统为例，每个风力发电模组高2米，除去底部和顶部4米高度，共有73个平台可以安装垂直风机222台，每个垂直风机的正常风力利用为7级风，一个0.5平方风叶面积发电功率6-10千瓦，风机立塔的输出利用功率为1332-2220千瓦。
实施例5
一种风机立塔发电控制方法，采用上述实施例1或实施例2或实施例3所述的风机立塔发电系统，包括：
所述主控制器根据所述垂直风机的过载信号和外部负载用电情况，控制第一牵引电机和/或第二牵引电机工作，带动所述上风门板和所述下风门板进行上升或下降动作，实现导风口的开度调节，使风机立塔发电系统上的垂直风机不发生过载运行的情况下向外部负载提供的所需电能；
所述除冰控制器根据所述温度传感器采集的温度信号，控制所述加热件工作，使所述风门框的内侧和/或所述垂直风机的风叶轴承部位的温度升高；
所述主控制器根据外部负载用电情况和/或直流蓄能组件的储能情况，控制第一牵引电机和/或第二牵引电机工作，带动上风门板和下风门板进行上升或下降动作，实现导风口的开度调节。
在本实施例中，通过负载用电侧的电压电流信号来获取外部负载用电情况。
在本实施例中，风机立塔发电控制方法以立塔内垂直风机不过载为要求控制风门的打开程度，并根据测风仪测得的风力变化情况，采用延时递减和递进方式，恢复导风口的最大利用风能的开度。
在本实施例中，风机立塔发电系统还根据外部负载用电输出禁益情况和直流蓄能组件的储能情况，控制导风口的开度，从而控制进入垂直风机进风口的风量。当风机立塔发电系统满足外部负载用电，而直流蓄能组件还可以储能，就适当地提高导风口的开度，当风机立塔发电系统满足外部负载用电，且直流蓄能组件无法再储能，就适当地降低导风口的开度满足外部负载用电的发电量即可。
在另外的实施例中，所述主控制器还可以通过无线通信获取恶劣天气信息，例如超强台风的预警信息，提前关闭导风口，使风机立塔发电系统进入全封闭状态。
实施例6
本实施例与实施例5不同的是，增加了立塔主体外部调节风口的自动开闭功能。
一种风机立塔发电控制方法，采用上述实施例4所述的风机立塔发电系统，包括：
所述主控制器根据所述垂直风机的过载信号和外部负载用电情况，控制第一牵引电机和/或第二牵引电机工作，带动所述上风门板和所述下风门板进行上升或下降动作，实现导风口的开度调节，使风机立塔发电系统上的垂直风机不发生过载运行的情况下向外部负载提供的所需电能；
所述除冰控制器根据所述温度传感器采集的温度信号，控制所述加热件工作，使所述风门框的内侧和/或所述垂直风机的风叶轴承部位的温度升高；
所述主控制器根据外部负载用电情况和/或直流蓄能组件的储能情况，控制第一牵引电机和/或第二牵引电机工作，带动上风门板和下风门板进行上升或下降动作，实现导风口的开度调节；
所述主控制器根据所述测风仪获取外部风力大小信息，控制牵拉电机工作，带动所述调节风板进行上升或下降动作，实现调节风口的开度调节，使风机立塔发电系统进行泄风或导风。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种全环境适用的风机立塔发电系统，其特征在于，包括立塔主体和主控制器，所述立塔主体上设置有第一立柱和连接在所述第一立柱上且依次层叠的风力发电模组，所述风力发电模组包括安装平台、连接在所述安装平台外周的风门框和安装在所述安装平台的垂直风机，所述安装平台和所述风门框之间设置有向上移动和/或向下移动的风门板开关组件，所述风门板开关组件位于相邻所述第一立柱的立面上，相邻所述风门框之间设有导风口，所述风门板开关组件受牵引机构驱动，所述牵引机构与所述主控制器电连接，所述垂直风机与所述导风口方向相对设置，所述主控制器采集所述垂直风机的过载信号，所述牵引机构驱动所述风门板开关组件用于关闭/开启所述导风口的开度来控制所述垂直风机的进风口风量。
2.根据权利要求1所述的一种全环境适用的风机立塔发电系统，其特征在于，所述风门板开关组件包括上风门板和下风门板，处于同一组的所述风力发电模组上的所述上风门板和所述下风门板在垂直方向上错位设置，所述风力发电模组上的所述上风门板/所述下风门板与相邻的所述风力发电模组上的所述下风门板/所述上风门板处于同一垂直方向上。
3.根据权利要求2所述的一种全环境适用的风机立塔发电系统，其特征在于，所述风门框朝向所述安装平台一侧的上下两端设置有上卡槽和下卡槽，所述导风口开启时所述上风门板设置在所述下卡槽内，所述导风口开启时所述下风门板设置在所述上卡槽内，所述上风门板的宽度和所述下风门板的宽度均大不于所述风门框的宽度，所述风门框之间设置有第一固定棒或第二固定棒，所述第一固定棒与所述第二固定棒在垂直方向上错位设置，所述上风门板和所述下风门板穿置在所述第一固定棒上或所述第二固定棒上。
4.根据权利要求2所述的一种全环境适用的风机立塔发电系统，其特征在于，所述牵引机构包括设置在所述风门框的每个侧面的第一牵引组和第二牵引组，所述第一牵引组包括第一牵引电机、第一牵引绳和第一支撑轮组，所述第一支撑轮组分别设置在所述立塔主体的顶部和底部，所述第一牵引绳连接在所述第一支撑轮组之间，所述第一牵引电机与所述第一牵引绳连接，所述第二牵引组包括第二牵引电机、第二牵引绳和第二支撑轮组，所述第二支撑轮组分别设置在所述立塔主体的顶部和底部，所述第二牵引绳连接在所述第二支撑轮组之间，所述第二牵引电机与所述第二牵引绳连接，相邻的所述风力发电模组上的所述风门板分别连接所述第一牵引绳和所述第二牵引绳，所述第一牵引绳和所述第二牵引绳带动所述上风门板/所述下风门板进行上升或下降。
5.根据权利要求1所述的一种全环境适用的风机立塔发电系统，其特征在于，所述风门框远离所述安装平台一侧的中心设有凸边，所述凸边的两侧设置有泄风斜面，所述泄风斜面靠近上下两侧的所述导风口均过渡有导风斜面，所述导风斜面沿所述凸边斜延至所述导风口。
6.根据权利要求1所述的一种全环境适用的风机立塔发电系统，其特征在于，所述风力发电模组还包括加热除冰组件，所述加热除冰组件包括加热件、温度传感器和除冰控制器组成，所述温度传感器和所述加热件均与所述除冰控制器电连接，所述加热件设置在所述风门框的内侧和/或所述垂直风机的风叶轴承部位。
7.根据权利要求1所述的一种全环境适用的风机立塔发电系统，其特征在于，所述立塔主体的外周设置有与所述第一立柱相对应的第二立柱和/或第三立柱，所述第二立柱和/或所述第三立柱分别与所述第一立柱固定连接，所述第二立柱和第一立柱之间设有固定风口，所述固定风口上设置有固定风板，所述第三立柱和所述第二立柱之间设有调节风口，所述调节风口上设置有导向棒和活动连接在所述导向棒上的调节风板，所述调节风板受控于牵拉机构，所述牵拉机构包括牵拉电机、牵拉绳和牵拉轮组，所述牵拉轮组分别固定在所述调节风口的顶部和底部，所述牵拉绳连接在所述牵拉轮组之间，所述牵拉电机与所述牵拉绳连接，所述牵拉电机与所述主控制器电连接，所述立塔主体上设置有测风仪，所述测风仪与所述主控制器电连接。
8.根据权利要求7所述的一种全环境适用的风机立塔发电系统，其特征在于，所述立塔主体的外周还设置有钢索固定点，所述第一立柱与至少三个所述钢索固定点之间连接有防鸟钢索，所述第二立柱和/或所述第三立柱与至少三个所述钢索固定点之间直接或间接连接有防鸟钢索。
9.根据权利要求7所述的一种全环境适用的风机立塔发电系统，其特征在于，所述第一立柱的顶端设置有感应消雷型避雷针，所述第二立柱和/或所述第三立柱的顶端设置有感应消雷型避雷针。
10.根据权利要求1所述的一种全环境适用的风机立塔发电系统，其特征在于，所述立塔主体内还设置有直流蓄能组件，所述直流蓄能组件与所述主控制器连接通信，所述直流蓄能组件与所述垂直风机电连接。
11.一种风机立塔发电控制方法，其特征在于，采用权利要求1至10中任意一项所述的风机立塔发电系统，包括：
主控制器根据垂直风机的过载信号和外部负载用电情况，控制第一牵引电机和/或第二牵引电机工作，带动上风门板和下风门板进行上升或下降动作，实现导风口的开度调节，使风机立塔发电系统上的垂直风机不发生过载运行的情况下向外部负载提供的所需电能；
除冰控制器根据温度传感器采集的温度信号，控制加热件工作，使风门框的内侧和/或垂直风机的风叶轴承部位的温度升高；
主控制器根据外部负载用电情况和/或直流蓄能组件的储能情况，控制第一牵引电机和/或第二牵引电机工作，带动上风门板和下风门板进行上升或下降动作，实现导风口的开度调节。
12.根据权利要求11所述的一种风机立塔发电控制方法，其特征在于，还包括：
主控制器根据测风仪获取外部风力大小信息，控制牵拉电机工作，带动调节风板进行上升或下降动作，实现调节风口的开度调节，使风机立塔发电系统进行泄风或导风。
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