CN201810487U - 风力发电提水系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风力发电提水系统，至少包括风力发电机组、控制器、变频器、水位开关组合；风力发电机组的三相输出端分别接控制器、变频器的三相输入端；变频器的三相输出端接控制器的电泵供电输入端，变频器的直流端接控制器的直流输入端，变频器的控制端接控制器的控制输出端；水位开关组合接控制器的水位开关输入端；还包括电泵组合，电泵组合包括一个以上的电泵，电泵组合的输入端接所述控制器的电泵供电输出端。本实用新型采用两台不同额定功率的电泵组合，改善了现有风力发电提水系统在低风速时的性能和效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术和提水技术领域，尤其涉及一种应用风力发电提水的系统。
背景技术
风力提水是风能利用的重要方式之一。传统的风力提水装置采用低速风轮将风能转换为机械能，再通过机械传动方式驱动水泵提水。这类风力提水装置传动机构复杂，故障率高，并且受到提水地点的风力条件、灌溉时间及水位等限制，提水效率较低，性能和指标很难满足多样化生产的需求。
风力发电提水系统采用升力型高速风轮驱动永磁发电机，通过电气传动，将风力发电机所发的变频变压交流电能直接供给或通过变频器供给异步电动机驱动水泵提水。风力发电提水系统变电能储存为水位能储存，无需蓄电池组，效率高于传统机械式风力提水装置的效率，适用范围广，系统维护量少，风机与电泵之间的安装位置自由度大，在利用风能提水方面有着十分广阔的前景，可广泛应用于农田灌溉、盐碱地排水、居民生活用水、牲畜饮水等场合。
风力发电提水系统的基本原理是定扬程条件下电泵变速运行。电泵变速运行时，异步电动机的效率变化不大，但是水泵的效率变化较大，为使水泵工作在高效率区域并保证水泵的零部件强度条件, 须将水泵的工作转速控制在一定的范围内。根据离心泵理论，对于一定的提水扬程，如果要求水泵在工作转速范围内正常变流量提水，水泵在低转速时的扬程就必须高于提水扬程，因此风力发电提水系统中电泵的额定扬程一般大大高于实际提水扬程。
风力发电提水系统中电泵的额定功率与风力发电机组的额定功率相同，但问题在于，当风速较低时，风力发电机组的输出功率相对较小，直接驱动按此标准选择的电泵比较困难，因此，使用单台电泵时风力发电提水系统低风速时提水效率较差。
中国实用新型200820152811.3公开了一种5KW风力发电与提水两用系统装置，风力发电机与电泵通过直接电磁耦合驱动电泵提水，系统结构简单，效率高，可靠性强。但该技术方案中的风力发电机需要经过一定的特殊设计，为满足与风力发电机的直接匹配，在电泵的选型上也要受到一定限制。同时，因为风力发电机与电泵直接耦合，无法主动控制风力发电机组的运行状态，难以实现风力发电机组的最大功率跟踪。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种应用广、效率高的风力发电提水系统。
发明内容
本有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种应用广、效率高的风力发电提水系统。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种风力发电提水系统，至少包括风力发电机组、控制器、变频器、水位开关组合；所述风力发电机组的三相输出端分别接所述控制器、所述变频器的三相输入端；所述变频器的三相输出端接所述控制器的电泵供电输入端，所述变频器的直流端接所述控制器的直流输入端，所述变频器的控制端接所述控制器的控制输出端；所述水位开关组合接所述控制器的水位开关输入端；还包括电泵组合，所述电泵组合包括一个以上的电泵，所述电泵组合的输入端接所述控制器的电泵供电输出端。
在具体实施中，所述控制器包括：整流桥、功率电阻、功率管、测控电路和接触器组合；其中：所述风力发电机组的三相输出端接所述整流桥的三相输入端，所述整流桥的正极输出端接所述功率电阻的第一端，所述功率电阻的第二端接所述功率管的集电极，所述功率管的射电极接所述整流桥的负极输出端，所述接触器组合的三相输入端接所述变频器的三相输出端，所述接触器组合的三相输出端接所述电泵组合的输入端，所述测控电路的驱动信号输出端接所述接触器组合的供电线圈，所述测控电路的功率控制输出端接所述功率管的控制极，所述测控电路的水位开关输入端接所述水位开关组合，所述测控电路的控制信号端接所述变频器的控制端，所述测控电路的直流输入端接所述变频器的直流端，所述接触器组合包括两个接触器。
在具体实施中，所述控制器还包括远程监控模块，所述远程监控模块接所述测控电路的通讯端。所述远程监控模块为GPRS无线通讯模块。
在具体实施中，所述整流桥为三相二极管整流桥。所述测控电路的控制信号包括变频器正/反转控制信号、变频器频率设定信号0～10V模拟量。
在具体实施中，所述水位开关组合包括水源水位开关和蓄水水位开关。
在具体实施中，所述电泵组合为两台额定功率不同的异步电动机驱动离心式水泵。
在具体实施中，所述电泵组合的出水口设置有止回阀。
在具体实施中，所述风力发电机组为永磁直驱三相交流发电机组。
本实用新型采用两台不同额定功率的电泵组合，利用功率曲线方式控制变频器实现风力发电机组的最大功率跟踪，通过变频器分级驱动两台不同额定功率的电泵变转速提水。当风速较低时，仅驱动小功率的电泵提水；当风速达到一定值时，驱动两台电泵同时提水，对改善现有风力发电提水系统在低风速时的性能和效率有很好的有益效果。
以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实用新型的结构原理包括风力发电机组1、控制器2、变频器3、水位开关组合4、电泵组合5。
具体地，如图2所示一具体实施例，风力发电机组1为永磁直驱三相交流发电机组，额定输出电压为380V。风力发电机组1的三相输出端分别接控制器2、变频器3的三相输入端。
变频器3为市售的通用型变频器。变频器3的三相输出端接控制器2的电泵供电输入端，变频器3的直流端接控制器2的直流输入端，变频器3的控制端接控制器2的控制输出端。变频器3运行时具有加速过程，可实现电泵组合5的软启动。
水位开关组合4为磁性液位开关，包括水源水位开关41和蓄水水位开关42，接控制器的水位开关输入端。
本实用新型还包括电泵组合5，电泵组合5包括两台额定功率不同的第一电泵51、第二电泵52，均为异步电动机驱动离心式水泵。电泵组合5的输入端接控制器2的电泵供电输出端。电泵组合5的额定扬程大大高于实际提水扬程，第一电泵51的额定功率小于第二电泵52的额定功率。
具体地，控制器2包括：整流桥21、功率电阻22、功率管23、测控电路24、接触器组合25。其中：风力发电机组1的三相输出端接整流桥21的三相输入端，整流桥21的正极输出端接功率电阻22的第一端，功率电阻22的第二端接功率管23的集电极，功率管23的射电极接整流桥21的负极输出端，接触器组合25的三相输入端接变频器3的三相输出端，接触器组合25的三相输出端接电泵组合5的输入端，测控电路24的驱动信号输出端接接触器组合25的供电线圈，测控电路24的功率控制输出端接功率管23的控制极，测控电路24的水位开关输入端分别接水源水位开关41与蓄水水位开关42，测控电路24的控制信号端接变频器3的控制端，测控电路24的直流输入端接变频器3的直流端。
整流桥21为三相二极管整流桥，该整流桥将风力发电机组1产生的三相交流电转变为高电压直流电能，通过测控电路24控制功率管23的通断来控制功率电阻22消耗功率以控制风力发电机组1的转矩。
功率管23为绝缘栅双极型晶体管。
测控电路24控制信号包括变频器正/反转控制信号、变频器频率设定信号0～10V模拟量。
控制器2还包括远程监控模块26，远程监控模块26为市售的GPRS无线通讯模块，远程监控模块26接测控电路24的通讯端。
因风速的不确定性，特别是风速较小时，水泵组合5经常出现断续工作而使所提水量回流，因此本实用新型在电泵组合5出水口安装止回阀6，可防止水泵停转时水管内的水回流，水泵断续工作时累积的水量可逐步提出。
以下说明本实用新型的应用和有益效果。
在工作状态中，控制器2分别检测水源水位开关41与蓄水水位开关42的状态。当水源水位低于水源水位开关41设定值或蓄水水位高于蓄水水位开关42设定值时，控制器2不允许电泵组合5工作，实现电泵的干转保护与蓄水容器的过溢保护。
控制器2还检测风力发电机组1输出频率计算风机转速。根据风机转速控制变频器3的运行、停止和输出频率。通过变频器3驱动电泵组合5控制风力发电机组1的负载转矩，低风速时驱动第一电泵51提水，风速达到一定值时驱动第一电泵51和第二电泵52同时提水，主动控制风力发电机组1转速，使风力发电机组1工作于高效区域，适应风速范围广。
风力发电技术中存在最大功率概念，即在一定风速下，风力发电机组在特定转速下可输出最大功率，而要实现最大功率跟踪就必须主动控制风力发电机组的转速。
正常提水时，风电提水系统以电泵作为风力发电机组的负载，根据风力发电机组转速参考最大功率曲线来控制变频器的输出频率使电泵变速运行，通过这种方式动态调整风力发电机组的转矩和转速，使风力发电机组能够始终获得较高效率。
最大功率跟踪技术在风力发电技术中的应用已非常普遍，但在风力提水应用中尚未见。
风电提水系统适用范围广，可根据井深、井径和需水量的不同，选择不同的常规电泵，弥补了传统风力提水机的不足。
本实用新型采用两级电泵提水，低风速时仅驱动小功率电泵提水，风速达到一定值时驱动两个电泵同时提水，适应风速范围广。
本实用新型采用现代流线型桨叶和最大功率跟踪技术，能量转换效率高，虽然增加了能量转换过程，但整体效率仍达到或超过了传统风力提水机组的效率。
本实用新型采用的变频器和电泵均为通用定型产品，适应性广，可靠性高，维护方便。
本实用新型的风力发电提水系统采用自动控制技术，配置远程监控模块，具备远程监控功能，可实现风力发电提水系统的集中智能管理，完全改变了传统风力提水装置单一的人工控制方式，适合规模化应用。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。本发明的保护范围并不仅限于上述说明，而是由所附的权利要求给出的所有技术特征及其等同技术特征来定义。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的权利要求保护范围内。
Claims (10)
1.一种风力发电提水系统，至少包括风力发电机组、控制器、变频器、水位开关组合；其特征在于：所述风力发电机组的三相输出端分别接所述控制器、所述变频器的三相输入端；所述变频器的三相输出端接所述控制器的电泵供电输入端，所述变频器的直流端接所述控制器的直流输入端，所述变频器的控制端接所述控制器的控制输出端；所述水位开关组合接所述控制器的水位开关输入端；还包括电泵组合，所述电泵组合包括一个以上的电泵，所述电泵组合的输入端接所述控制器的电泵供电输出端。
2.如权利要求1所述的风力发电提水系统，其特征在于：所述控制器包括：整流桥、功率电阻、功率管、测控电路和接触器组合；其中：所述风力发电机组的三相输出端接所述整流桥的三相输入端，所述整流桥的正极输出端接所述功率电阻的第一端，所述功率电阻的第二端接所述功率管的集电极，所述功率管的射电极接所述整流桥的负极输出端，所述接触器组合的三相输入端接所述变频器的三相输出端，所述接触器组合的三相输出端接所述电泵组合的输入端，所述测控电路的驱动信号输出端接所述接触器组合的供电线圈，所述测控电路的功率控制输出端接所述功率管的控制极，所述测控电路的水位开关输入端接所述水位开关组合，所述测控电路的控制信号端接所述变频器的控制端，所述测控电路的直流输入端接所述变频器的直流端，所述接触器组合包括一个以上的接触器，并分别与所述电泵对应连接。
3.如权利要求2所述的风力发电提水系统，其特征在于：所述控制器还包括远程监控模块，所述远程监控模块接所述测控电路的通讯端。
4.如权利要求3所述的风力发电提水系统，其特征在于：所述远程监控模块为GPRS无线通讯模块。
5.如权利要求2所述的风力发电提水系统，其特征在于：所述整流桥为三相二极管整流桥。
6.如权利要求2所述的风力发电提水系统，其特征在于：所述测控电路的控制信号包括变频器正/反转控制信号、变频器频率设定信号0～10V模拟量。
7.如权利要求1所述的风力发电提水系统，其特征在于：所述水位开关组合包括水源水位开关和蓄水水位开关。
8.如权利要求1所述的风力发电提水系统，其特征在于：所述电泵组合为两台额定功率不同的异步电动机驱动离心式水泵。
9.如权利要求1所述的风力发电提水系统，其特征在于：所述电泵组合的出水口设置有止回阀。
10.如权利要求1所述的风力发电提水系统，其特征在于：所述风力发电机组为永磁直驱三相交流发电机组。
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| CN102840122A (zh) * | 2012-09-14 | 2012-12-26 | 修晓光 | 风力发电抽水控制方法 |
| CN106481527A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-03-08 | 合肥源擎电气科技有限公司 | 一种风能独立供电的水泵供水控制系统 |
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