CN204493082U - 一种风力发电配置系统 - Google Patents

Abstract

一种风力发电配置系统(简称系统)，该系统由风力发电机组、驱动控制器、电动机组成，省去了现有风力发电配套系统中的整流控制器、电池组、逆变器、电机控制器等中间转换环节，将不稳定的电能通过驱动控制器直接加到电动机上，带动负载做功。本实用新型打破了现有风力发电系统配置模式，可以充分吸收风力发电机组各个区间的能量，拓宽风电使用范围。节省价格昂贵的整流控制器、逆变器等电子设备，及电池组易损器件，大大节省了设备造价，提高了系统可靠性，节省了运行维修费用，显著提高了发电效率，可以综合提高发电量在一倍以上。

Description

一种风力发电配置系统

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电配置系统。

背景技术

在现有的风力发电配置中，普遍采用的模式是：风力发电机组+整流控制器(包含卸荷箱)+电池组+逆变器+电机控制器+电动机，其中风力发电机组在风力作用下将风能转变成电能，整流控制器将风力发电机组发出的不稳定的交流电整流变为直流电，给电池充电，逆变器再将电池中的直流电逆变成稳定电压、稳定频率的交流电，通过电机控制器带动电动机运行做功。在这个系统中，风力发电机组跟随风力大小的变化其转速发生变化，所发出的电压、功率发生变化，整流控制器整流后的直流电压发生变化，当整流电压达到电池组的门槛充电电压时，风力发电机组发出的电能通过整流控制器流进电池组，开始给电池组充电。如果风力偏小、风力发电机组发出的电压偏小、经整流后达不到电池组的充电电压值时，风力发电机组发出的电能无法输出给电池组，这时系统处于空转状态。同样，当风力变大，风力发电机组的转速变快，所发出的电压变高，整流后的电压变高，当风力大到一定程度，整流后的电压超高电池组所承受的最高电压限制时，控制器控制风力发电机组的变桨机构工作，使风力发电机机组中的风叶迎风角度变小，风力发电机组主动放走部分风能，使得到的风能量变小，风力发电机组转速变低，人为降低风力发电机组发电电压值，将整流后的电压限制在电池组可承受的范围内。或风力大时控制器向卸荷箱卸放电流，加大风力发电机组电能的输出量，这时风力发电机组需要的转矩变大，抵消掉风力加大所产生额外动力，使风力发电机组转速变低，发出的电压变低，同样使整流后的电压限制在电池组可承受的范围内。如果风力继续增大，以上措施不能使整流后的电压控 制在电池组所能承受的范围时，整流控制器控制风力发电机组中的刹车动作，将风力发电机组中的风机抱死，系统强行退出工作状态。从以上分析可以看出，现有的风力发电机组配置系统，风能的利用只能取中间的很小一段，在风力偏小或风力偏大时，系统均不能输电工作，造成了资源很大的浪费。

在现有风力发电配置系统中，整流控制器、逆变器均是电子器件组成，价格高、可靠性差，电池组价格高且是易损件，一般2～3年电池组就要更换一次，造成风力发电造价居高不下，运行维护成本高，严重影响了风力发电的普及推广。

综上所述，现有的风力风电配置系统具有很大的弊端。一是风力发电机组发电运行区间窄，浪费了很大的风力资源，发电量低。二是增加了昂贵的成本，电池价格不菲且是易损件，逆变器的主要器件均要从国外进口，价格更是高的很。三是系统效率变低，在风力偏大或偏小时不能正常使用或人为卸放能量，造成风能利用低。既是在有效的发电范围内，风力发电机组发出的电能还要经过整流、充电、逆变、控制环节，进一步消耗了能量，严重影响了系统效率。

现有的风电系统之所以采用这种配置复杂、成本严重偏高、能量浪费严重、维护成本普遍较高的模式，就是因为现有的电动机及其驱动控制系统不能适应风力发电这种电压变化、频率变化的供电模式。如果风力发电机组不经过这一系列变化直接接入现有的驱动器，现有的驱动器根本无法适应供电电压和供电频率的大幅度变化，而不能正常工作。同样现有的电动机也不具备在供电电压大幅度变化时其输出功率和转速自动跟随变化的能力，即是将风力发电通过现有的模式变为恒定电压恒定频率的电能，当接入现有的电动机时，电动机将以固定的转速运行，在风力发电的能量达不到电动机所需要的能量时，系统会保护或崩溃，使系统无法正常运行。

发明内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种风力发 电配置系统(简称系统)，该系统可以适应风力发电机组电压大范围变化的状况，省去整流控制器、电池组、逆变器、电机控制器等中间转换环节，风力发电机组发出的电能通过驱动控制器直接加到电动机上带动负载做功。

本实用新型的技术解决方案是：一种风力发电配置系统，系统配置由风力发电机组、驱动控制器、电动机组成，省去了现有风力发电配置系统的整流控制器、电池组、逆变器、电机控制器。

本实用新型的原理是：在这个风力发电配置系统中，驱动控制器和电动机组成一个有机的整体。电动机部分采用稀土永磁转子结构，主要由电动机轴、转子铁芯、稀土磁钢、轴承、定子机壳、定子铁芯、定子线圈、电动机端盖、转子位置传感器等部件组成，电动机具有根据得到的直流电压高低而自动改变本身转速的能力，详见申请专利“一种超宽电压电动机”的论述。驱动控制器由整流滤波单元、转子位置采集单元、逻辑控制单元、斩波驱动单元组成。驱动控制器接受风力发电机发出的交流电，经整流滤波变为直流电，并根据电动机传来的转子位置信号，进行逻辑判断，实时开启导通电动机前进方向的绕组，及时关断将要产生负转矩磁场的绕组，使电动机定子产生一个始终沿前进方向的旋转磁场，驱动电动机转子运行。

本实用型的驱动控制器与电动机配合，驱动控制器无需要稳压稳频，而是将电压变化、频率变化的交流电，变为电压变化的直流电，直流电本身没有频率概念。当外界风力发生变化时，风力发电机组所发出的电压高低发生变化、发电频率高低发生变化，驱动控制器整流后的直流电压发生变化。当自然风力变小时、风力发电机组发出的电压低、频率低、能量小，驱动控制器整流后的直流电压低、能量小，电动机的转速降低，输出的能量小。当风力强时、风力发电机组发出的电压高、能量大，电动机的转速就高，输出的能量就大。电动机可以根据风力发电机组输出的电压自动调节本身的转速和输出能量，既能充分吸收风力发电机组在各个区间发出的能量，又能有效控制系统负载大小，不至于因负载过大而导致系统运转崩溃。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：一是打破了现有风力发电系统配置模式，可以充分吸收风力发电机组各个风力区间的能量，拓宽风电使用范围。二是节省了价格昂贵的整流控制器、逆变器等电子设备，及电池组易损器件，大大节省了设备造价。三是提高了系统可靠性，节省了运行维修费用。四是显著提高了系统发电效率，通过拓宽风力发电机组的使用宽度，和不存在电能在整流、充电、逆变过程中的能量损失，使整个系统效率很高，可使风力发电机组发电量提高一倍以上。

附图说明

图1为本实用新型的一种风力发电配置系统构成示意图。

具体实施方式

本实用新型所述一种风力发电配置系统，如图1所示。风力发电机组的输出线与驱动控制器的进线连接，驱动控制器的输出线与电动机的输入线连接，同时驱动控制器控制回路与电动机的转子位置检测回路连接。风力发电机组在风力驱动下将风能变成电能，并将该能量传递给驱动控制器。在这个系统中，驱动控制器与电动机两者紧密配合组成一种超宽电压电动机(专利申请号：201420453670.4)，驱动控制器将风力发电机组发出的不稳定电压、不稳定频率的电能，经整流滤波变为不稳定的直流电，供给电动机。电动机本身具有永久磁场，在驱动控制器的驱动下电动机带动负载做功，并根据所得到的能量大小，产生不同的转矩带动负载变速运转，当电动机的输出力矩与负载需要的力矩达到一个平衡点时，电动机与负载设备组成的系统达到速度平衡。同时电动机设有位置检测装置，实时将电机转子的位置信号传递给驱动控制器，驱动控制器根据电动机的转子位置实时导通电动机前进方向的绕组，同时关断电动机早先导通过的将要产生负转矩的绕组，使电机始终产生一个前进的旋转力，并根据电动机当前能量的大小改变电动机的绕组导通关断的时间，从而改变电动机的旋转速度，使电动机与负载之间达到一个力的平衡点。当风力大时风力发电机组发出的电力能量大、电压高，驱动 控制器得到的能量大、电压高，驱动控制器输出给电动机的能量大、电压高，电动机的转速就高，系统的做功就大。反之，当风力小时风力发电机组发出的电力能量小、电压低，驱动控制器得到的能量小、电压低，驱动控制器输出给电动机的能量小、电压低，电动机转的速变低，系统的做功变小。

电动机转速跟随供给电压的高低变化而变化是本实用新型的关键，当电压高时，电动机的转矩将变大，电动机将加速运行，电动机位置检测装置及时将电动机的转子位置传给驱动控制器，驱动控制器将提早一刻导通转子前进方向的绕组，带动电动机转子运行。电动机得到的电压高，电动机的转矩就大，驱动控制器给出的导通的信号就早，电动机的转速就加快，反之，电动机得到的电压低，电动机的转矩就小，驱动控制器给出的导通的信号就晚，电动机的转速就变慢。电动机与驱动控制器的有机配合，保证了系统的稳定运行。

本实用新型最适合带动空气压缩机、水泵类的负载，这类负载需要的转矩随着转速的升高而变大，所需要的能量变大，这正好与风力发电机组的输出特性相匹配。以电动机带动空气压缩机为例，当风力小时，风力发电机组发出的能量小，给驱动控制器、电动机的电力能量小，电动机带动空气压缩机以较低的转速运行，空气压缩机的打气量小，所需要的能量就小。当风力大时，风力发电机组发出的能量大，给驱动控制器、电动机的电力能量大，电动机带动空气压缩机以较高的转速运行，空气压缩机的打气量大，所需要的能量就大。本实用新型始终使风力发电机组、驱动控制器、电动机、负载设备处于一个最佳的匹配运行状态，充分吸收大自然的能量，使风力发电机组既能发出最大电力，又不至于因负载设备吸收的能量过大，而使风力发电机组阻转矩太大而不能启动运行。

Claims (1)

1.一种风力发电配置系统，其特征在于：该系统由风力发电机组、驱动控制器、电动机组成，风力发电机组在风力驱动下发出的电能，直接接入驱动控制器，驱动控制器根据风力发电机组的输出电压，控制驱动电动机运转，直接带动负载做功；当风力大时风力发电机组发出的电压高，驱动控制器输出电压高，电动机转速高，系统的做功大；反之，当风力小时风力发电机组发出的电压低，驱动控制器输出电压低，电动机转速低，系统的做功小。