CN215170526U - 一种支持阵列化应用的风能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种支持阵列化应用的风能发电装置，其若干个发电单元呈矩阵式排列安装在安装架上；该发电单元包括旋转叶轮和发电模组，发电模组包括发电机和整流装置，通过发电单元经整流装置发出来的电为定电压直流电，通过源网直流组网方式运行，可有效并入储配网，也可以在发电侧并入发储网，不做任何其他的转换，提升了转换效率；充分利用直流电的分流汇流特征，实施动态电力储能混动，有效挖掘每一份能源。再者，标准化发电单元矩阵式排列安装在安装架上，建设成本可控，且能够实现标准化、大规模批量生产，有效降低生产建造成本，迎风面积利用率远高于传统的集中式风力发电厂的利用率，有效提高电能的利用率，装机经济性。

Description

一种支持阵列化应用的风能发电装置

技术领域

本实用新型涉及风能发电领域，具体涉及到一种支持阵列化应用的风能发电装置。

背景技术

风能发电是一种新兴的能源，长期以来我国投入了大量资源建设了很多集中式风能发电场；目前，集中式风能发电机组的初始建设成本非常高，且交流变流控制系统复杂；再者，由于自然界风能的变化，导致所发电功率跟随着变化，具有很强的随机性，在并入电网的过程中给电网的潮流控制带来很大的麻烦(我国电网的综合调峰消纳能力约3％)，据统计，我国弃风、弃光问题年总抛弃率高达60％，导致风能能源被大量的抛弃，有效利用率低，造成资源浪费。

如何有效的利用新兴发电能源成为新能源技术推广的重大课题。随着“储配微网、发储源网”架构系统的实践发展，在解决弃风问题的前提下，研发一种全新的标准化风能发电装置并实现产业化，就成了研发人员当前重点的工作。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种支持阵列化应用的风能发电装置，通过其模块化、标准化的发电单元直接转化为定压直流电并汇流入储配微网或发储网，不做任何其他的转换，提升了转换效率，且能够实现标准化、大规模批量生产，矩阵式排列安装建造，有效降低生产建造成本，从而解决了现有技术中生产建造成本高、利用率低及造成资源浪费的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种支持阵列化应用的风能发电装置，包括若干个发电单元和安装架，若干个所述发电单元呈矩阵式排列安装在所述安装架上；所述发电单元包括旋转叶轮和发电模组，所述发电模组包括与所述旋转叶轮连接的发电机和整流装置，所述旋转叶轮带动所述发电机旋转，使所述发电机输出交流电，所述交流电通过所述整流装置直接整流成定电压直流电，所述定电压直流电汇流在直流母排上，所述直流母排与储配微网连接。

进一步地，所述整流装置包括整流器、直流转压模块和功率限制模块；所述整流器的输入端与所述发电机的输出端连接，所述整流器的输出端与所述直流转压模块的前端连接，所述直流转压模块的后端连接在所述功率限制模块上。

进一步地，所述直流转压模块的两端之间并联控制模块。

进一步地，所述控制模块上设置有采集模块，所述采集模块采集所述发电机发出的交流电压、电流信息。

进一步地，所述采集模块采集所述转压模块前端的直流电压、电流信息。

进一步地，所述采集模块采集输入的通讯指令。

进一步地，所述安装架包括搭建底座和设置在所述搭建底座上的连接架，所述发电单元均匀分布在所述连接架上。

进一步地，所述连接架包括横管组件和斜管组件，所述横管组件与所述斜管组件呈规则性连接。

进一步地，所述横管组件包括第一横管、第二横管、第三横管和第四横管，所述斜管组件包括第一斜管、第二斜管、第三斜管和第四斜管；所述第一横管的一端和第三横管的一端分别连接在所述第一斜管的两端，所述第一横管的另一端和第三横管的另一端分别连接在所述第三斜管的两端，所述第二横管的两端分别设置在所述第一斜管和所述第三斜管的中间位置，所述第四横管的两端分别与所述第二斜管的一端、所述第四斜管的一端连接，所述第二斜管的另一端、第四斜管的另一端分别连接在所述第一横管的一端和另一端上。

进一步地，所述第一横管、第二横管、第三横管和第四横管之间相互平行，所述第一斜管和所述第二斜管分别与所述第三斜管、第四斜管相互对称设置。

本实用新型的有益效果：

1、通过本实用新型矩阵式排列安装的标准化发电单元，建设成本可控，且能够实现标准化、大规模批量生产，有效降低生产建造成本，迎风面积利用率远高于传统的集中式风力发电厂的利用率，有效提高电能的利用率，装机经济性。其具备比传统的集中式一体化储能电池系统更强的通道过流能力及汇流能力，可以承受反复的高频次的随机性充放电，过程中具有动态自修复能力，寿命足以支持电力系统的寿命要求。

2、发电单元经整流装置发出来的电为定电压直流电，可有效并入储配网，提升了转换效率；充分利用直流电的分流汇流特征，实施动态电力储能混动，有效挖掘每一份能源。

3、本实用新型具有阵列化组合功能，采用分布发电集中虚拟管理的模式，可充分利用直流电动态特征进行动态输出，免去所有的变流控制环节。

4、本实用新型能够和储能微网的储能电池进行有效联动，实现“主动增容”；在并网过程中可以和配电网(包括发电网)联动，实现在有限时间内稳定电源输出，解决电网峰荷调度秒级响应难题；进一步的，采用更大型号的风能发电机，通过同样的模式联动配电网或发电网，可更加有效解决弃风问题。

5、通过本实用新型的功率限制模块可直接进行功率限制，有效提高输出功率、提升转换效率和系统安全性。

附图说明

以下附图是用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，且仅旨在于对本实用新型做示意性的解释和说明，并非用以限制本实用新型的范围。在附图中：

图1为本申请实施例一中的一种支持阵列化应用的风能发电装置的风能墙构架示意图；

图2为本申请实施例一中的发电单元电气结构示意图；

图3为本申请实施例二中的一种支持阵列化应用的风能发电装置的流程示意图；

图4为本申请实施例二中的一种支持阵列化应用的风能发电装置发、储、配应用模型示意图。

附图标记：

100、发电单元；101、旋转叶轮；102、发电模组；103、发电机；104、整流装置；105、整流器；106、直流转压模块；107、功率限制模块；108、控制模块；109、采集模块；110、第一采集线路；111、第二采集线路；112、第三采集线路；120、直流母排；201、第一横管；202、第二横管；203、第三横管；204、第四横管；205、第一斜管；206、第二斜管；207、第三斜管；208、第四斜管；210、搭建底座；300、储配微网；301、储能模块；302、变流模块；401、配变变压器。

具体实施方式

下面将以图式揭露本申请的多个实施方式，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本申请的一部分说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及说明是用来解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下、左、右、横向、竖向等方向均是以本申请实施例图1所示的上、下、左、右、横向、竖向等方向为准，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应随之改变。“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，在此一并说明，使用的“第一”、“第二”“第三”“第四”“Ⅰ”“Ⅱ”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，除非另有明确的限定。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在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以互相结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求保护的范围之内。

实施例一

本实施例提供了一种支持阵列化应用的风能发电装置，如图1所示，该装置包括若干个发电单元100和安装架，若干个发电单元100呈矩阵式排列安装在安装架上；如图2所示，本实施例中的发电单元100包括旋转叶轮101和发电模组102，该发电模组102包括与旋转叶轮101连接的发电机103和整流装置104；其中，旋转叶轮101带动发电机103旋转，使发电机103输出的交流电通过整流装置105直接整流成定电压直流电，然后，如图3所示，经整流后的定电压直流电汇流在直流母排120上，输入到储配微网300内，最后并入配电网或发储网输出。

利用本实施例的技术方案中的发电单元100经整流装置发出来的电为定电压直流电，可有效并入储配网或发储网，不做任何其他的转换，提升了转换效率；充分利用直流电的分流汇流特征，实施动态电力储能混动，有效挖掘每一份能源。再者，标准化发电单元100矩阵式排列安装在安装架上，建设成本可控，且能够实现标准化、大规模批量生产，有效降低生产建造成本，迎风面积利用率远高于传统的集中式风力发电厂的利用率，有效提高电能的利用率，装机经济性。

如图2所示，作为一种具体实施方式，本实施例中的整流装置104包括整流器105、直流转压模块106和功率限制模块107；发电机103发出来的交流电经整流器105进行整流，该整流器105为整流桥，就是通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电，然后输入至直流转压模块106和功率限制模块107。

需要说明的是，本实施例中的直流转压模块106为DC/DC电源转换器，其中，DC为Direct Current的简称，即直流电；DC-DC电源转换器的原理是利用电感和电容等元件作为储能元件完成电压转换功能，作用主要是高效率地实现电压变换和稳定输出。功率限制模块107为功率二极管，使经直流转压模块106实现电压变换和稳定输出后的恒压直流电在正向导通状态时，能通过较大电流，完成较大电流的工作，且不超过发电机的上限，提升转换效率和系统的安全性。

如图2所示，作为一种具体实施方式，本实施例中的直流转压模块106的两端之间并联控制模块108；更进一步地，本实施例中的控制模块108上设置有采集模块109，其中，采集模块109通过第一采集通道110采集发电机103发出的交流电压、电流信息；和/或通过第二采集通道111采集直流转压模块106前端的直流电压、电流信息；和/或通过第三采集通道112采集外部输入的通讯指令。

如图1所示，作为一种具体实施方式，本实施例中的安装架包括搭建底座210和设置在搭建底座210上的连接架，用普通的钢结构搭建矩阵式的风场，建设成本可控，没有特别严格的地基要求；发电单元100均匀分布设置在连接架上，迎风面积利用率高。

更进一步地，连接架包括横管组件和斜管组件，该横管组件与斜管组件呈规则性连接。具体地，本实施例中的横管组件包括第一横管201、第二横管202、第三横管203和第四横管204，斜管组件包括第一斜管205、第二斜管206、第三斜管207和第四斜管208；其中，第一横管201的一端和第三横管203的一端分别连接在第一斜管205的两端，第一横管201的另一端和第三横管203的另一端分别连接在第三斜管207的两端，第二横管202的两端分别设置在第一斜管205和第三斜管207的中间位置，第四横管204的两端分别与第二斜管206的一端、第四斜管208的一端连接，第二斜管206的另一端、第四斜管208的另一端分别连接在第一横管206的一端和另一端上。更进一步优选地，第一横管201、第二横管202、第三横管203和第四横管204之间相互平行，第一斜管205和第二斜管206分别与第三斜管207、第四斜管208相互对称设置。

实施例二

与实施例一不同的是，如图3、图4所示，本实施例是在实施例一的基础上阐述与储配微网、配电网的连接流程。各个发电单元100呈矩阵式的排列，经各个整流装置104整流输出的定压直流电均汇入在直流母排120上，然后传输到储配微网300中，使其电能存储在储能模块301，该储能模块优选储能锂电池，储能模块301经变流模块302使直流电转化为交流电，经配电网的配变变压器401输送出去。

如图4所示，本实施例中的多个储能模块组合成的储能阵列提高供电可靠性，在储配微网中可以增加许多风力发电单元阵列和其它发电源；支持分布式发电源布局，汇流再直流母排并与储能电池进行有效联动，实现“主动增容”，通过相应的能量储备调节来稳定分布式电源的非均匀性输出。储备微网的储能阵列系统作为微网络中的应急备用电源，功率要求尽可能满足负荷供电的需要；当储配微网连接到配电网主网后，储能阵列系统将根据离网和并网模式来调整，以确保最大限度地满足尽可能多的负荷供电可靠性。PCS阵列储能变流器装置可控制储能电池的充电和放电过程，进行交直流的转换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。再者，不受自然界光照条件的变化的影响，解决了由于发电功率不稳定性及随机性，很难并入大网的问题。在并网过程中可以和配电网(包括发电网)联动，实现在有限时间内稳定电源输出，解决电网调度秒级响应难题；进一步的，采用更大型号的风能发电机，通过同样的模式联动配电网，可更加有效解决弃风问题。

综上所述，本实用新型通过发电单元经整流装置发出来的电为定电压直流电，可有效并入储配网或发储网，不做任何其他的转换，提升了转换效率；充分利用直流电的分流汇流特征，实施动态电力储能混动，有效挖掘每一份能源。再者，标准化发电单元矩阵式排列安装在安装架上，建设成本可控，且能够实现标准化、大规模批量生产，有效降低生产建造成本，迎风面积利用率远高于传统的集中式风力发电厂的利用率，有效提高电能的利用率，装机经济性。从而解决了现有技术中生产建造成本高、利用率低及造成资源浪费的问题。

上述说明示出并描述了本申请的优选实施方式，但如前对象，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文对象构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种支持阵列化应用的风能发电装置，包括若干个发电单元和安装架，其特征在于，

若干个所述发电单元呈矩阵式排列安装在所述安装架上；

所述发电单元包括旋转叶轮和发电模组，所述发电模组包括与所述旋转叶轮连接的发电机和整流装置，所述旋转叶轮带动所述发电机旋转，使所述发电机输出交流电，所述交流电通过所述整流装置直接整流成定电压直流电，所述定电压直流电汇流在直流母排上，所述直流母排与储配微网连接。

2.如权利要求1所述的一种支持阵列化应用的风能发电装置，其特征在于，所述整流装置包括整流器、直流转压模块和功率限制模块；所述整流器的输入端与所述发电机的输出端连接，所述整流器的输出端与所述直流转压模块的前端连接，所述直流转压模块的后端连接在所述功率限制模块上。

3.如权利要求2所述的一种支持阵列化应用的风能发电装置，其特征在于，所述直流转压模块的两端之间并联控制模块。

4.如权利要求3所述的一种支持阵列化应用的风能发电装置，其特征在于，所述控制模块上设置有采集模块，所述采集模块采集所述发电机发出的交流电压、电流信息。

5.如权利要求4所述的一种支持阵列化应用的风能发电装置，其特征在于,所述采集模块采集所述直流转压模块前端的直流电压、电流信息。

6.如权利要求4所述的一种支持阵列化应用的风能发电装置，其特征在于，所述采集模块采集输入的通讯指令。

7.如权利要求1所述的一种支持阵列化应用的风能发电装置，其特征在于,所述安装架包括搭建底座和设置在所述搭建底座上的连接架，所述发电单元均匀分布在所述连接架上。

8.如权利要求7所述的一种支持阵列化应用的风能发电装置，其特征在于,所述连接架包括横管组件和斜管组件，所述横管组件与所述斜管组件呈规则性连接。

9.如权利要求8所述的一种支持阵列化应用的风能发电装置，其特征在于,所述横管组件包括第一横管、第二横管、第三横管和第四横管，所述斜管组件包括第一斜管、第二斜管、第三斜管和第四斜管；所述第一横管的一端和第三横管的一端分别连接在所述第一斜管的两端，所述第一横管的另一端和第三横管的另一端分别连接在所述第三斜管的两端，所述第二横管的两端分别设置在所述第一斜管和所述第三斜管的中间位置，所述第四横管的两端分别与所述第二斜管的一端、所述第四斜管的一端连接，所述第二斜管的另一端、第四斜管的另一端分别连接在所述第一横管的一端和另一端上。

10.如权利要求9所述的一种支持阵列化应用的风能发电装置，其特征在于,所述第一横管、第二横管、第三横管和第四横管之间相互平行，所述第一斜管和所述第二斜管分别与所述第三斜管、第四斜管相互对称设置。

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