CN201699469U - 宽风速二次可控无触点式风能吸收器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽风速二次可控无触点式风能吸收器。包括：多绕组输出变压器，多路可控整流开关组和选通控制盒；多绕组输出变压器的输入端与风力发电机输出端相接，多绕组输出变压器的各二次绕组分别与对应的可控整流开关组连接，可控整流开关组的输出端与蓄电池正极母线和直流负载相连接，负极与蓄电池负极母线相连接。本实用新型能够根据基本风速的大小改变风能存储路径、使整流输出电压在宽风速范围内满足风能存储条件，使风力发电机系统的蓄电池始终处于充电状态，保证风机叶片所吸收的低于额定值的绝大部分有效风能都可以被接收和储存，从而提高风力发电机的系统利用效率，本实用新型结构简单、实现容易、体积小、成本低，便于推广。

Description

宽风速二次可控无触点式风能吸收器

技术领域

本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及一种宽风速二次可控无触点式风能吸收器。

背景技术

目前，国内外市场上可见的大中型(百KW以上)风力发电系统多为并网系统，中小型风力发电系统一般独立运行。在风力发电系统中，由于风力大小在任意长短的时间段都在变，风机所吸收和输出的功率(能量)是一个时刻变化的量，因此，风力发电机输出端口的电压(指闭路电压)的频率和幅值均是不断变化的量。因此其输出端很难直接带恒定负载。大型风力发电系统由于并网运行等原因，一般通过关注和控制叶轮速度、速率等指标寻求最大功率输出和安全运行。中小型风力发电系统一般将风力发电机输出的能量进行整流，再把整流后的脉动直流能量储存入蓄电池，直流负载直接由蓄电池供电，交流负载则由蓄电池通过逆变装置供电。这就是目前中小型风力发电系统的标准供用电模式。在这种通用的模式中，最常见的弊端是风能利用系数小，可利用的风速范围很窄。高速风能得到利用则低速风能被浪费，低速风能被利用则高速风能必有一部分被浪费。特别是中低速风能被浪费现象十分严重，以至于收不到风力发电的预期效果。实用中尽管有通过DC/DC电源提高整流电压的技术，但由于其内部存在整流、逆变和再整流等中间环节，其调压范围内存在限制能量输入的较大区域，所以效率不高，因此应用实例不很多。绝大多部分的实例如图1所示。

在“图1”实例中，风力发电机输出电压标称值为48V，在额定风速(7-8级)下整流器输入交流脉动三相电压为48-50V(线电压)左右，整流输出直流为64.5-67.5V左右，被充电电池组电压为5X12＝60V。只有当风力为7-8级风速左右时，整流器输出闭路电压才能略高于电池组端电压(60V)，使电池处于被充电状态，风能可通过整流器随时储存于电池组E和电容C之中。当风力为6级及以下时，发电机闭路脉动端电压将低于47V，此时整流器输出直流端电压将低于63V，此时只能给亏电的电池组作微充电。当风力为5级及以下时，整流器直流输出电压将低于55V，风力为4级以下时，直流侧输出会更低(45V以下)，在直流输出电压等于或低于电池组端电压的情况下，风能将无法给蓄电池充电，即风能无法存储于电池内，当然也无法供60V及以上电压等级的负载或装置使用，因此，此时的风力发电机形同虚设。风能全部消耗于机械系统的磨损和飞转与风力的磨损运动中，不但浪费了唾手可得的风能，还置风力发电机于破坏性飞转的危险之中，或者是使发电机不停的处于耗能制动的限速过程中，即使不引起风力发电机故障，也会大大降低发电机使用寿命。实用中虽然有通过DC/DC电源提高整流电压的技术和实例，但由于涉及整流-逆变-升压-再整流等多环节，能量传送过程中存在较多的限制区域，因此效率不高，没有普遍应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述不足问题，提供一种宽风速二次可控无触点式风能吸收器，能够根据基本风速的大小改变风能存储路径、使整流输出电压在宽风速范围内满足风能存储条件。该装置使风力发电机系统的蓄电池始终处于充电状态，即保证风机叶片所吸收的低于额定值的绝大部分有效风能都可以被接收和储存，从而提高风力发电机的系统利用效率。该装置结构简单、实现容易、体积小、成本低，便于推广。

本实用新型克服现有技术所采用的技术方案是：提供一种宽风速二次可控无触点式风能吸收器。所述宽风速二次可控无触点式风能吸收器包括：多绕组输出变压器，多路整流开关组和智能型选通控制盒；所述多绕组输出变压器的输入端与风力发电机输出端相接，所述多绕组输出变压器的各二次绕组分别与对应的可控整流开关组连接，可控整流开关组的输出端与蓄电池母线和直流负载相连接。

根据本实用新型所述的宽风速二次可控无触点式风能吸收器一优选技术方案是：所述多绕组输出变压器的原边接有带报警接点的三相电压检测仪表；所述三相电压检测仪表输出端连接选通控制盒；所述选通控制盒的多线输出端连接各可控整流开关组的控制极。

根据本实用新型所述的宽风速二次可控无触点式风能吸收器一优选技术方案是：所述三相电压监视仪表采用电压变换器、电压互感器或带极限输出接点的电压表。

根据本实用新型所述的宽风速二次可控无触点式风能吸收器一优选技术方案是：所述多绕组输出变压器的副边为多绕组输出，采用工频、或低频的铝芯、铜芯特殊或普通电力变压器。

根据本实用新型所述的宽风速二次可控无触点式风能吸收器一优选技术方案是：所述多路整流开关组是可控硅或IGBT或IPM或三级管等电力电子器件或模块。

根据本实用新型所述的宽风速二次可控无触点式风能吸收器一优选技术方案是：所述选通开关盒是具有计算、比较、和控制输出功能的单片机或工控机或计算机或PLC智能控制仪器或设备。

本实用新型的宽风速二次可控无触点式风能吸收器有益的技术效果：通过加装本实用新型产品的风力发电系统，当实际风速接近额定风速范围时，原边电压直接整流；当实际风速偏离额定风速范围时，经过副边相应绕组升压后充电；即拓宽了可利用风速的范围，提高了风力发电机的利用系数，又避免了风力发电机因空载而飞转的危害；实践已证明效果极佳。

附图说明

图1为现有技术的小型风力发蓄电系统能量吸收、转换、存储和输送的原理电路图；

图2为本实用新型装有宽风速二次可控无触点式风能吸收器的小型风力发蓄电系统能量吸收、转换、存储和输送的原理电路图；

图3为本实用新型实施例的装有宽风速二次可控无触点式风能吸收器的小型风力发蓄电系统能量吸收、转换、存储和输送的原理电路图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型做详细说明。

请参照图2，在风力发电机输出端与蓄能蓄电池之间增设一套“宽风速二次可控无触点式风能吸收器”，由一台多绕组(副边)输出的电力变压器、一组多回路可控整流开关组、一个智能型选通控制盒和一组电压监测仪表组成(如图2所示)。变压器原边绕组(单)与风力发电机输出线相接，副边每个绕组连接一组无触点可控整流开关，所有可控整流开关组的正极输出端均并接于蓄能电池正极母线，负极输出端并接于电池负极母线。各整流开关组控制极与智能型选通控制盒相接，智能型选通控制盒的输入信号取自连接于变压器一次绕组的检测仪表。由智能型选通控制盒根据发电机输出线的电压(即风速)控制各可控整流开关组的通断和整流控制角，即变压器副边各绕组的输出与否受控制盒控制。当风速大于或等于额定风速时，变压器工作于直接传递能量状态，原边三相线路直接通过对应的整流开关组对电池和负载供电。当风速小于额定风速时，变压器工作于升压传送能量状态，风能通过变压器原边、副边升压线圈和对应的整流开关组向蓄电池和负载供电。

所述多绕组输出的电力变压器是具有多变比输出的电力变压器，其副边线圈为多组，每组线圈匝数对原边线圈的匝数比不同，从而保证在同一原线圈电压下，不同的副边绕组可得到不同值的副边电压。

所述整流开关组为现代电力电子类无触点开关，系指可控硅或IGBT或IPM类电力电子器件或模块(包括功率三级管、GTR、GTO、P-MOSFET、IGCT等)。

所述的智能型选通控制盒是具有计算、比较、和控制输出功能的单片机或工控机或计算机或PLC等智能控制类仪器或设备。

所述电压检测仪表是可以把电压信号检测与变换仪表，系指电压变送器、电压互感器、带有极限输出接点的电压检测仪表。

请参照图3：本实用新型一具体实施例是，风力发蓄电系统中的电力变压器(B)副边为4组绕组，其相对于原边的变压比分别为1/1(直通)、1/1.25(B2组)、1/1.5(B3组)和1/1.75(B4组)。各组分别与编号相同的整流开关组连接。中间被充电的蓄电池电压为2×12v＝24v。并接于蓄电池的灯具负载工作电压为24v。

风力发电机工作时，由选通控制盒根据实测得的风机输出端的电压值的大小，控制一组整流开关组处于整流状态，其余整流开关组处于阻断状态。即风机工作时只有一组绕组向电池注入能量并向负载供电，其他绕组均处于空载无输出状态。例如，当风力在额定风速范围时，

“I1”组整流开关组被选通而其它整流开关组被关闭，蓄电池得到的充电能量来自发电机输出端；当风速低于额定风速致使风机输出端电压低于20v时，“I2”整流开关组被选通而其他蒸馏开关组被关闭，蓄电池得到的充电能量来自绕组“B2”的输出；当风速变小致使风机输出端电压低于16.3v时“I3”整流开关组被选通而其他整流开关组被关闭，蓄电池得到的充电能量来自绕组“B3”的输出端；同理，当风速更小致使风机输出端电压低于14v时，“I4”整流开关组被选通，此时蓄电池得到的充电能量来自绕组“B4”的输出端。只需通过变压器二次绕组与可控整流开关的配合，即可使电池在任意有效风速范围内都处于充电状态。

系统中的变压器原边线圈B1始终处于闭合且存在空载损耗的状态，因此风机输出端不会出现虚假电压，因而把风机输出端电压作为判断风速大小的物理信号是可靠的。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种宽风速二次可控无触点式风能吸收器，其特征在于：所述宽风速二次可控无触点式风能吸收器包括：多绕组输出变压器，多路可控整流开关组和选通控制盒；所述多绕组输出变压器的输入端与风力发电机输出端相接，所述多绕组输出变压器的各二次绕组分别与对应的可控整流开关组连接，可控整流开关组的输出端与蓄电池正极母线和直流负载相连接，负极与蓄电池负极母线相连接。

2.根据权利要求1所述的宽风速二次可控无触点式风能吸收器，其特征在于：所述多绕组输出变压器的原边接有带报警接点的三相电压检测仪表；所述三相电压检测仪表输出端连接选通控制盒；所述选通控制盒的多线输出端连接各可控整流开关组的控制极。

3.根据权利要求2所述的宽风速二次可控无触点式风能吸收器，其特征在于：所述三相电压检测仪表是电压变换器、电压互感器或带极限输出接点的电压表。

4.根据权利要求1或2所述的宽风速二次可控无触点式风能吸收器，其特征在于：所述多绕组输出变压器的副边为多绕组输出，采用工频或低频的铝芯、铜芯电力变压器。

5.根据权利要求1所述的宽风速二次可控无触点式风能吸收器，其特征在于：所述多路可控整流开关组是可控硅、IGBT、IPM、或三级管电力电子器件或模块。

6.根据权利要求1或2所述的宽风速二次可控无触点式风能吸收器，其特征在于：所述选通控制盒是具有计算、比较、和控制输出功能的单片机、工控机、计算机或PLC智能控制仪器或设备。 

Images