CN117703667B - 基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机及控制方法 - Google Patents
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Abstract
基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机及控制方法,属于光伏和风电领域,包括垂直轴风力机、液压控制系统和光伏发电装置;垂直轴风力机通过液压控制系统与光伏发电装置连接;垂直轴风力机包括电机箱、叶片传动轴、可变径叶片支架和风力机叶片;电机箱的动力端连接叶片传动轴,叶片传动轴上连接有可变径叶片支架,每组可变径叶片支架末端通过攻角调整滑槽与风力机叶片相连接;液压控制系统包括立于地面的底部液压缸,底部液压缸另一端与叶片传动轴相连。控制箱通过检测风速的大小控制垂直轴风力机的高度,及控制垂直轴风力机与光伏板的距离。本发明有效提高风光利用率;有助于捕获更多的风能、降低风机受到的风力负荷,提高风机的寿命和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于光伏和风电领域,具体涉及一种基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机及控制方法。
背景技术
随着国际社会对能源安全、环境保护等问题的日益重视,加快发展非化石能源、可再生资源己成为国际社会推动能源转型、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动,风力发电成为了新能源发电的主力之一。
现阶段,受风的随机性和波动性影响,传统的垂直轴风力机在叶片旋转过程中易受自身阻力和侧风因素等干扰,导致发电效率的降低和对风能资源的低效利用,大大提高了弃风率,导致垂直轴风力机组具有效率低,风能利用率低及侧风干扰下稳定性差等缺点,对垂直轴风力发电机利用范围较窄,多为城市楼顶、小型住宅用电和农村临时用电等。如何提高垂直轴风力机的启动力矩并提高其风能利用率是需要解决的技术问题。
发明内容
为此,本发明提供一种基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机及控制方法,可以更好的捕捉来流风以提高能量捕获效率,并提高在侧风干扰下的稳定性,解决垂直轴风力机发电效率低的问题。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机,包括垂直轴风力机、液压控制系统和光伏发电装置;所述垂直轴风力机通过所述液压控制系统与所述光伏发电装置连接;
所述垂直轴风力机包括电机箱、叶片传动轴、可变径叶片支架和风力机叶片;所述电机箱的动力端连接所述叶片传动轴,所述叶片传动轴上连接有所述可变径叶片支架,每个所述可变径叶片支架末端与所述风力机叶片相连接;
所述液压控制系统包括立于地面的底部液压缸,所述底部液压缸另一端与所述叶片传动轴相连;所述液压控制系统还包括顶部液压缸,所述顶部液压缸一端与所述叶片传动轴相连,所述顶部液压缸的另一端与所述光伏发电装置的光伏板相连。
作为基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机优选方案,所述可变径叶片支架设有三组,每组所述可变径叶片支架末端通过攻角调整滑槽与所述风力机叶片相连接。
作为基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机优选方案,所述液压控制系统还包括控制箱,所述控制箱设置在所述光伏板的下方;
所述底部液压缸和所述顶部液压缸均通过液压缸控制线与所述控制箱电连接,所述控制箱用于调节所述底部液压缸和所述顶部液压缸的动作。
作为基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机优选方案,所述光伏发电装置还包括混凝土支撑立柱,所述混凝土支撑立柱上方设有光伏板支撑钢架,所述光伏板铺设在所述光伏板支撑钢架的顶部。
作为基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机优选方案,所述垂直轴风力机和地面之间呈水平状态,所述垂直轴风力机利用所述光伏板进行导流,以启动所述垂直轴风力机,使所述垂直轴风力机与所述光伏发电装置进行风光互补发电。
作为基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机优选方案,所述控制箱通过检测风速的大小控制所述垂直轴风力机的高度,及控制所述垂直轴风力机与所述光伏板的距离。
本发明还提供一种用于光伏板导流增效的控制方法,通过检测风速的大小控制垂直轴风力机的高度,及控制垂直轴风力机与光伏板的距离,垂直轴风力机的高度控制方程为:
;
式中,表示风速大小。
作为基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机控制方法优选方案,所述垂直轴风力机与所述光伏板的距离控制方程为:
;
式中,表示风速大小。
作为基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机控制方法优选方案,所述垂直轴风力机的风力机叶片攻角的控制方程为:
;
式中,表示风速大小。
作为基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机控制方法优选方案,当检测风速的大小超过设定值时,将垂直轴风力机的高度降低至所述光伏板的下方,将所述风力机叶片的攻角调整至90°。
本发明具有如下优点:设有垂直轴风力机、液压控制系统和光伏发电装置;垂直轴风力机通过液压控制系统与光伏发电装置连接;垂直轴风力机包括电机箱、叶片传动轴、可变径叶片支架和风力机叶片;电机箱的动力端连接叶片传动轴,叶片传动轴上连接有可变径叶片支架,可变径叶片支架设有三组,每组可变径叶片支架末端通过攻角调整滑槽与风力机叶片相连接;液压控制系统包括立于地面的底部液压缸,底部液压缸另一端与叶片传动轴相连;液压控制系统还包括顶部液压缸,顶部液压缸一端与叶片传动轴相连,顶部液压缸的另一端与光伏发电装置的光伏板相连。本发明使垂直轴风力机更易启动,同时进行风光互补发电,有效提高风光利用率;有助于捕获更多的风能、降低风机受到的风力负荷,提高风机的寿命和稳定性,降低湍流对风能的捕捉效率的影响;不影响光伏发电厂或风光联合发电厂的原有结构,可在原电厂的基础上增加发电量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对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,下面描述中的附图仅仅是示例性的,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,还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例中提供的基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机俯视立体结构示意图;
图2为本发明实施例中提供的基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机仰视立体结构示意图;
图中,1、垂直轴风力机;2、液压控制系统;3、光伏发电装置;4、电机箱;5、叶片传动轴;6、可变径叶片支架;7、攻角调整滑槽;8、风力机叶片;9、底部液压缸;10、顶部液压缸;11、光伏板;12、液压缸控制线;13、控制箱;14、混凝土支撑立柱;15、光伏板支撑钢架。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效,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。
实施例1
参见图1、图2,本发明实施例1提供一种基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机,包括垂直轴风力机1、液压控制系统2和光伏发电装置3;垂直轴风力机1通过所述液压控制系统2与所述光伏发电装置3连接;
其中,垂直轴风力机1包括电机箱4、叶片传动轴5、可变径叶片支架6和风力机叶片8;电机箱4的动力端连接叶片传动轴5,叶片传动轴5上连接有可变径叶片支架6,每个所述可变径叶片支架6末端与风力机叶片8相连接;
其中,液压控制系统2包括立于地面的底部液压缸9,底部液压缸9另一端与所述叶片传动轴5相连;液压控制系统2还包括顶部液压缸10,顶部液压缸10一端与叶片传动轴5相连,顶部液压缸10的另一端与光伏发电装置3的光伏板11相连。
本实施例中,垂直轴风力机1通过两个底部液压缸9和两个顶部液压缸10与光伏发电装置3的光伏板11相连,此种安装方式不影响光伏发电厂和风光联合发电厂的原有结构,可在原电厂的基础上增加发电量。底部液压缸9和顶部液压缸10可进行垂直轴风力机1的高度和水平位置的调节,以便达到最佳的获取风能的位置。
本实施例中,可变径叶片支架6设有三组,每组可变径叶片支架6末端通过攻角调整滑槽7与风力机叶片8相连接。采用此种设计,风力机叶片8能够调整叶片攻角。在风速过高时,风力机叶片8的攻角调整至90°,使整个风轮直径调至最小,全方位保证风力机安全。
本实施例中,液压控制系统2还包括控制箱13,控制箱13设置在光伏板11的下方;底部液压缸9和顶部液压缸10均通过液压缸控制线12与控制箱13电连接,控制箱13用于调节底部液压缸9和顶部液压缸10的动作。
其中,垂直轴风力机1与光伏板11可进行风光联合发电,垂直轴风力机1所发出的电通过电机箱和输电线传输到控制箱13中,再并线到原有光伏板的输电线路中。光伏板11可以发挥导流作用,解决垂直轴风力机启动困难的问题,同时可以增加地表粗糙度,为风光联合发电厂的水平轴风力机产生积极作业。
本实施例中,光伏发电装置3还包括混凝土支撑立柱14,混凝土支撑立柱14上方设有光伏板支撑钢架15,光伏板11铺设在光伏板支撑钢架15的顶部。混凝土支撑立柱14对光伏板支撑钢架15起到支撑作用,通过光伏板支撑钢架15起到光伏板11的安装作用。
本实施例中,垂直轴风力机1和地面之间呈水平状态,垂直轴风力机1利用光伏板11进行导流,以启动垂直轴风力机1,使垂直轴风力机1与光伏发电装置3进行风光互补发电。
具体的,垂直轴风力机1和地面之间呈水平状态,能够捕捉来流风以提高能量捕获效率并提高在侧风干扰下的稳定性,同时垂直轴风力机1和地面之间呈水平状态,还可以扰乱地表的气流,增加地表粗糙度,降低风机受到的风力负荷,提高风机的寿命和稳定性,同时降低湍流对风能的捕捉效率的影响。
本实施例中,控制箱13通过检测风速的大小控制垂直轴风力机1的高度,及控制垂直轴风力机1与光伏板11的距离。
具体的,控制箱13通过检测风速的大小,通过液压缸控制线12控制调节底部液压缸9和顶部液压缸10的动作,实现对垂直轴风力机1的高度以及垂直轴风力机1与光伏板11距离的调节。其中,底部液压缸9和顶部液压缸10伸展,增加垂直轴风力机1的高度,同时增加垂直轴风力机1与光伏板11的距离;底部液压缸9和顶部液压缸10收缩,降低垂直轴风力机1的高度,同时减小垂直轴风力机1与光伏板11的距离。
实施例2
本发明实施例2提供一种用于光伏板导流增效的控制方法,通过检测风速的大小控制垂直轴风力机1的高度,及控制垂直轴风力机1与光伏板11的距离,垂直轴风力机1的高度控制方程为:
;
式中,表示风速大小。
本实施例中,垂直轴风力机1与光伏板11的距离控制方程为:
;
式中,表示风速大小。
本实施例中,垂直轴风力机1的风力机叶片8攻角的控制方程为:
;
式中,表示风速大小。
本实施例中,当检测风速的大小超过设定值时,将垂直轴风力机1的高度降低至光伏板11的下方,将风力机叶片8的攻角调整至90°。
综上所述,本发明包括垂直轴风力机1、液压控制系统2和光伏发电装置3;垂直轴风力机1通过液压控制系统2与光伏发电装置3连接;垂直轴风力机1包括电机箱4、叶片传动轴5、可变径叶片支架6和风力机叶片8;电机箱4的动力端连接叶片传动轴5,叶片传动轴5上连接有可变径叶片支架6,可变径叶片支架6设有三组,每组可变径叶片支架6末端通过攻角调整滑槽7与风力机叶片8相连接;液压控制系统2包括立于地面的底部液压缸9,底部液压缸9另一端与叶片传动轴5相连;液压控制系统2还包括顶部液压缸10,顶部液压缸10一端与叶片传动轴5相连,顶部液压缸10的另一端与光伏发电装置3的光伏板11相连。液压控制系统2还包括控制箱13,控制箱13设置在光伏板11的下方;底部液压缸9和顶部液压缸10均通过液压缸控制线12与控制箱13电连接,控制箱13用于调节底部液压缸9和顶部液压缸10的动作。光伏发电装置3还包括混凝土支撑立柱14,混凝土支撑立柱14上方设有光伏板支撑钢架15,光伏板11铺设在光伏板支撑钢架15的顶部。垂直轴风力机1和地面之间呈水平状态,垂直轴风力机1利用光伏板11进行导流,以启动垂直轴风力机1,使垂直轴风力机1与光伏发电装置3进行风光互补发电。控制箱13通过检测风速的大小控制垂直轴风力机1的高度,及控制垂直轴风力机1与光伏板11的距离。当检测风速的大小超过设定值时,将垂直轴风力机1的高度降低至光伏板11的下方,将风力机叶片8的攻角调整至90°。本发明使垂直轴风力机更易启动,同时进行风光互补发电,有效提高风光利用率;有助于捕获更多的风能、降低风机受到的风力负荷、提高风机的寿命和稳定性和降低湍流对风能的捕捉效率的影响;不影响光伏发电厂或风光联合发电厂的原有结构,可在原电厂的基础上增加发电量。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机控制方法,采用的基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机包括垂直轴风力机(1)、液压控制系统(2)和光伏发电装置(3);所述垂直轴风力机(1)通过所述液压控制系统(2)与所述光伏发电装置(3)连接;所述垂直轴风力机(1)包括电机箱(4)、叶片传动轴(5)、可变径叶片支架(6)和风力机叶片(8);所述电机箱(4)的动力端连接所述叶片传动轴(5),所述叶片传动轴(5)上连接有所述可变径叶片支架(6),每个所述可变径叶片支架(6)末端与所述风力机叶片(8)相连接;所述液压控制系统(2)包括立于地面的底部液压缸(9),所述底部液压缸(9)另一端与所述叶片传动轴(5)相连;所述液压控制系统(2)还包括顶部液压缸(10),所述顶部液压缸(10)一端与所述叶片传动轴(5)相连,所述顶部液压缸(10)的另一端与所述光伏发电装置(3)的光伏板(11)相连,所述垂直轴风力机(1)和地面之间呈水平状态,所述垂直轴风力机(1)利用所述光伏板(11)进行导流,以启动所述垂直轴风力机(1),使所述垂直轴风力机(1)与所述光伏发电装置(3)进行风光互补发电,其特征在于,通过检测风速的大小控制垂直轴风力机(1)的高度,及控制垂直轴风力机(1)与光伏板(11)的距离,垂直轴风力机(1)的高度控制方程y为:
y=0.0023u3-0.0858u2+1.127u+0.325
式中,u表示风速大小;
所述垂直轴风力机(1)与所述光伏板(11)的距离控制方程x为:
x=-0.0033u3+0.0713u2-0.401u+1.7687
式中,u表示风速大小;
所述垂直轴风力机(1)的风力机叶片(8)攻角的控制方程α为:
式中,u表示风速大小;
当检测风速的大小超过设定值时,将垂直轴风力机(1)的高度降低至所述光伏板(11)的下方,将所述风力机叶片(8)的攻角调整至90°。
2.根据权利要求1所述的基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机控制方法,其特征在于,所述可变径叶片支架(6)设有三组,每组所述可变径叶片支架(6)末端通过攻角调整滑槽(7)与所述风力机叶片(8)相连接。
3.根据权利要求1所述的基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机控制方法,其特征在于,还包括控制箱(13),所述控制箱(13)设置在所述光伏板(11)的下方;
所述底部液压缸(9)和所述顶部液压缸(10)均通过液压缸控制线(12)与所述控制箱(13)电连接,所述控制箱(13)用于调节所述底部液压缸(9)和所述顶部液压缸(10)的动作。
4.根据权利要求1所述的基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机控制方法,其特征在于,所述光伏发电装置(3)还包括混凝土支撑立柱(14),所述混凝土支撑立柱(14)上方设有光伏板支撑钢架(15),所述光伏板(11)铺设在所述光伏板支撑钢架(15)的顶部。
5.根据权利要求3所述的基于光伏板导流增效的水平垂直轴风力机控制方法,其特征在于,所述控制箱(13)通过检测风速的大小控制所述垂直轴风力机(1)的高度,及控制所述垂直轴风力机(1)与所述光伏板(11)的距离。
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