TWM492953U - 煞車控制之風力發電系統 - Google Patents
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Description
本創作係關於一種煞車控制之風力發電系統,尤其是指一種依據電能運算出轉速,並依據轉速進行兩階段煞車之煞車控制之風力發電系統。
隨著時代的進步,電力已成為人們生活不可或缺的一部份,現有發電之方式普遍係採用核能發電、火力發電與風力發電等方式,其中,由於核能發電之危險性與環境污染可能性較高,因此一般皆不建議採用此作法;而火力發電雖然是現今常會使用的發電方式,但其所造成之環境汙染也不下於核能發電方式,因此人們希望風力發電能夠降低利用上述二者發電方式。
其中,風力發電之方式主要係利用正面迎風之風機來擷取最大風,進而可帶動發電機發電,但當風機超速運轉時,系統必須啟動保護機制以保護風機結構的安全,而在先前技術中,在保護風機結構一般有直接針對機構安全的保護方法與電器安全防護的保護方法,舉例來說,機構安全的保護方法例如是採用風機偏航、尾翼偏折及變槳系統;而電氣安全的保護方法則是應用煞車保護控
制的方式。
針對電器安全的保護方法部分,由於現有做法如專利公開號第201346455號之專利文件所揭露之內容所示,請參閱第一圖,第一圖係顯示本創作先前技術之風機煞車保護控制方法之流程示意圖,如第一圖所示,其主要係先執行步驟S101來啟動控制單元,接著執行步驟S102來將風力發電裝置設定為正常模式,接著執行步驟S103來判斷是否符合轉速控制條件(例如轉速是否大於預設安全轉速或噪音大於預設規範值),若判斷結果為是時則繼續執行步驟S104來進行轉速控制,並接著執行步驟S105判斷轉速是否大於某一預設風速,而當判斷結果為是時則繼續執行步驟S106進入安全模式來降低轉速,最後再執行步驟S107判斷風力是否仍大於預設風速。
然而,由專利公開號第201346455號所揭示之內容(即第一圖)可知,其主要係將多餘的風能藉由電阻消耗掉,而非煞車停止風機運轉,因此在持續強風甚至風更大的的狀況下,電阻容易發生過熱之情況(例如可能會產生火災)。
有鑒於先前技術中,由於其並不會完全使風機煞車,因此普遍存有電阻易過熱而發生危險之情況。緣此,本創作之主要目的在於提供一種煞車控制之風力發電系統,其主要係依據風機之轉速進行兩階段煞車,第一階
段係先降低轉速,第二階段則使風機完全停止運轉,以解決上述之問題。
為解決習知技術所存在的問題,本創作所採用之必要技術手段為提供一種煞車控制之風力發電系統,係用以電性連接於一轉換器,該轉換器係電性連接於一電網系統,該煞車控制之風力發電系統用以產生一電能,並將該電能以一第一電能信號傳送至該轉換器,藉以使該轉換器將該第一電能信號轉換為一第二電能信號,據以將該第二電能信號傳送至該電網系統。煞車控制之風力發電系統包含一風力發電裝置、一控制裝置以及一煞車保護裝置,風力發電裝置包含一風機與一發電機,風機係利用一風能產生一動能,發電機係電性連接於風機,用以將風機所產生之動能轉換為電能,據以產生並傳送出第一電能信號。控制裝置係電性連接於發電機,並設有一第一轉速預設值與小於第一轉速預設值之一第二轉速預設值,控制裝置用以接收第一電能信號,據以依據電能運算出代表風機所產生動能之一第一當下轉速值,在第一當下轉速值大於等於第一轉速預設值時,產生並傳送出一第一控制信號;控制裝置在第一當下轉速值降低至一第二當下轉速值而等於第二轉速預設值時,係產生並傳送出一第二控制信號。
煞車保護裝置包含一第一開關、至少一電阻器、一第二開關、一開路電路以及一第三開關,第一開關係電性連接於控制裝置與發電機,用以接收第一控制信號,據以使第一開關與發電機導通。第二開關係電性連接於第一
開關、控制裝置與電阻器,用以接收第一控制信號,藉以與第一開關以及電阻器彼此導通,據以使第一當下轉速值降低至第二當下轉速值。第三開關係電性連接於第一開關、控制裝置與開路電路,用以接收第二控制信號,藉以與第一開關以及開路電路彼此導通,據以使風機煞車停止產生動能。
另外,上述煞車控制之風力發電系統之附屬技術手段之較佳實施例中,發電機係為一三相發電機,控制裝置係為一微控制器(Micro Control Unit,MCU),第一開關係為一三相電磁接觸器,第二開關係為一電阻串聯接觸器,第三開關係為一三相短路接觸器,轉換器係為一交流/交流轉換器。
因此,在採用了本創作所提供之煞車控制之風力發電系統之技術手段後,相較於習知技術應不難看出,由於係採用兩階段式煞車,其在第一階段係先降低轉速而在第二階段再使轉速降為零,因此可保護風機不因太快停止運轉而破壞風機結構,且由於是採用二階段降低轉速,因此即時在持續強風之狀況下也不會造成電阻過熱之狀況,因而可確實解決先前技術所存在之問題。
本創作所採用的具體實施例,將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
1‧‧‧煞車控制之風力發電系統
11‧‧‧風力發電裝置
111‧‧‧風機
112‧‧‧發電機
12‧‧‧控制裝置
13‧‧‧煞車保護裝置
131‧‧‧第一開關
132‧‧‧電阻器
133‧‧‧第二開關
134‧‧‧開路電路
135‧‧‧第三開關
2‧‧‧轉換器
3‧‧‧電網系統
S1‧‧‧第一電能信號
S2‧‧‧第二電能信號
S3‧‧‧第一控制信號
S4‧‧‧第二控制信號
第一圖係顯示本創作先前技術之風機煞車保護控制方
法之流程示意圖;第二圖係顯示本創作較佳實施例之煞車控制之風力發電系統之方塊示意圖;第三圖係顯示本創作較佳實施例之煞車控制之風力發電系統之電路示意圖;第三A圖係顯示本創作較佳實施例之煞車控制之風力發電系統之第一開關與第二開關導通之電路示意圖;第三B圖係顯示本創作較佳實施例之煞車控制之風力發電系統之第一開關、第二開關與第三開關導通之電路示意圖;以及第四圖係顯示本創作較佳實施例之轉速對電壓之波形示意圖。
由於本創作所提供之煞車控制之風力發電系統中,其相關實施方式不勝枚舉,故在此不再一一贅述,僅列舉一較佳實施例加以具體說明。
請一併參閱第二圖與第三圖,第二圖係顯示本創作較佳實施例之煞車控制之風力發電系統之方塊示意圖,第三圖係顯示本創作較佳實施例之煞車控制之風力發電系統之電路示意圖。
如圖所示,本創作較佳實施例所提供之煞車控制之風力發電系統1係電性連接於轉換器2,而轉換器2係電性連接於電網系統3,其中,轉換器2係為一交流/交流轉
換器,其具體電路係可隨實務上之設計而變,其為現有技術,因此不再贅述。而電網系統3例如可為家庭用戶端或小型發電站之蓄電站所構成之系統,其係為現有技術,因此也不再贅述。
煞車控制之風力發電系統1包含一風力發電裝置11、一控制裝置12以及一煞車保護裝置13,風力發電裝置11包含一風機111以及一發電機112,風機111一般係為具有扇葉之機構,而發電機112係電性連接於風機111,且係為一三相發電機,其為現有技術,因此不再贅述。控制裝置12係電性連接於發電機112,且控制裝置12設有一第一轉速預設值(如第四圖所示之第一轉速預設值R1,本創作之第一轉速預設值R1係假定為350rpm)與小於第一轉速預設值之一第二轉速預設值(如第四圖所示之第二轉速預設值R2,本創作之第二轉速預設值R2係假定為100rpm),其中,上述之預設值可於實務中依據當地環境或風機111之機構強度來設定,此外,控制裝置12可為一微控制器(Micro Control Unit,MCU),但在其他實施例中,也可為具有處理控制功能之處理器,因此並不限於此。
煞車保護裝置13包含一第一開關131、至少一電阻器132、一第二開關133、一開路電路134以及一第三開關135,具體來說,第一開關131係為一三相電磁接觸器(其他實施例中可為其他種類似之開關),並電性連接於發電機112與控制裝置12;電阻器132一般係為電阻,而其電阻值則視實務之設計而定;第二開關133係
為一電阻串聯接觸器(其他實施例中可為其他種類似之開關),並且電性連接於控制裝置12、第一開關131與電阻器132;開路電路134為未連接其他電路之電路,其阻抗係無窮大(或稱無限大),其電路設計可視實務之狀況而定,因此不再贅述;第三開關135係為一三相短路接觸器(其他實施例中可為其他種類似之開關),並電性連接於控制裝置12、第一開關131以及開路電路134。
為了使本領域所屬技術人員能夠充分了解本創作實際運作之技術特徵,請一併參閱第三圖至第四圖,第三A圖係顯示本創作較佳實施例之煞車控制之風力發電系統之第一開關與第二開關導通之電路示意圖,第三B圖係顯示本創作較佳實施例之煞車控制之風力發電系統之第一開關、第二開關與第三開關導通之電路示意圖,第四圖係顯示本創作較佳實施例之轉速對電壓之波形示意圖。
如圖所示,初始風速很大而使風機111在快速運轉之情況下,風機111仍利用此風速很大之一風能而產生一動能(此動能儲存於扇葉上),而此葉片所儲存之動能即傳送至發電機112而帶動發電機112利用切割磁場之方式將上述之動能轉換成一電能,並將此電能以第一電能信號S1之方式傳送出。而轉換器2接收到第一電能信號S1後,係將第一電能信號S1轉換為第二電能信號S2,具體來說,轉換器2係將第一電能信號S1內的電能電壓轉換為與電網系統3相同電壓準位與相同頻率之
電能電壓,而此電能電壓即為本創作較佳實施例所定義之第二電能信號S2,而在轉換器2轉換出第二電能信號S2後,係將此第二電能信號S2傳送至電網系統3以供儲存或使用。
其中,發電機112傳送出第一電能信號S1之當下,控制裝置12也接收此第一電能信號S1,據以依據發電機112所產生之電能運算出代表風機111所產生動能之一第一當下轉速值(例如為360rpm),進一步來說,轉速值與電能電壓有相對之關係,其係可由內建如第四圖所示之波形100而運算出,第一轉速預設值R1對應為電壓值V1,第二轉速預設值R2可對應為電壓值V2,其可藉由運算公式運算而得,因此在得知電能之狀況下可換算出轉速值,特此敘明。
在第一當下轉速值大於等於第一轉速預設值R1時,表示現在風力過強而導致風機111運轉速度過快,因此控制裝置12產生並傳送出一第一控制信號S3,並將此第一控制信號S3傳送至第一開關131與第二開關133,使得第一開關131與第二開關133導通,進而讓第一開關131電性連接於發電機112與第二開關133,且電阻器132與第一開關131也彼此導通(如第三A圖所示),使得電阻器132與發電機112產生串聯路徑而增加負載,進而藉由電阻器132消耗過多的風力而降低風機111之轉速,使得轉速如第四圖所示由第一轉速預設值R1漸漸降低至第二轉速預設值R2(在此需要一提的是,第四圖僅繪示以線性曲線方式降低,在其他實施例中可
為非線性,例如為指數函數或對數函數曲線)
控制裝置12在第一當下轉速值降低至一第二當下轉速值而等於第二轉速預設值R2時,係產生並傳送出一第二控制信號S4,此時表示風機111之轉速已漸漸降低,因此為了防止風速仍然過大之情況,此時控制裝置12係將第二控制信號S4傳送至第三開關135,進而使第三開關135導通而讓開路電路134與第一開關131彼此電性連接(如第三B圖所示,亦可視為使第三開關135短路而使開路電路134與第一開關131彼此電性連接),藉以增加開路電路134之阻抗為無窮大之負載,進而可確實讓風機111之轉速下降至0而停止產生動能(即停止運轉)。
綜合以上所述,在採用了本創作所提供之煞車控制之風力發電系統後,由於係採用兩階段式煞車,其在第一階段係先降低轉速而在第二階段再使轉速降為零,因此可保護風機不因太快停止運轉而破壞風機結構,且由於是採用二階段降低轉速,因此即時在持續強風之狀況下也不會造成電阻過熱之狀況,因而可確實解決先前技術所存在之問題。
藉由本創作說明能以得知,本創作確具產業界上之利用價值。惟以上之實施例剖析,僅為本創作之較佳實施例說明,舉凡所屬技術領域中具有通常知識者當可依據本創作之上述實施例說明而作其它種種之改良及變化。然而這些依據本創作實施例所作的種種改良及變化,當仍屬於本創作之創作精神及界定之專利範圍內。
1‧‧‧煞車控制之風力發電系統
11‧‧‧風力發電裝置
111‧‧‧風機
112‧‧‧發電機
12‧‧‧控制裝置
13‧‧‧煞車保護裝置
131‧‧‧第一開關
132‧‧‧電阻器
133‧‧‧第二開關
134‧‧‧開路電路
135‧‧‧第三開關
2‧‧‧轉換器
3‧‧‧電網系統
S1‧‧‧第一電能信號
S2‧‧‧第二電能信號
S3‧‧‧第一控制信號
S4‧‧‧第二控制信號
Claims (7)
- 一種煞車控制之風力發電系統,係用以電性連接於一轉換器,該轉換器係電性連接於一電網系統,該煞車控制之風力發電系統用以產生一電能,並將該電能以一第一電能信號傳送至該轉換器,藉以使該轉換器將該第一電能信號轉換為一第二電能信號,據以將該第二電能信號傳送至該電網系統,該包含煞車控制之風力發電系統:一風力發電裝置,包含:一風機,係利用一風能產生一動能;以及一發電機,係電性連接於該風機,用以將該風機所產生之該動能轉換為該電能,據以產生並傳送出該第一電能信號;一控制裝置,係電性連接於該發電機,並設有一第一轉速預設值與小於該第一轉速預設值之一第二轉速預設值,該控制裝置用以接收該第一電能信號,據以依據該電能運算出代表該風機所產生該動能之一第一當下轉速值,在該第一當下轉速值大於等於該第一轉速預設值時,產生並傳送出一第一控制信號;該控制裝置在該第一當下轉速值降低至一第二當下轉速值而等於該第二轉速預設值時,係產生並傳送出一第二控制信號;以及一煞車保護裝置,包含:一第一開關,係電性連接於該控制裝置與該發電機,用以接收該第一控制信號,據以使該第一開關與該發電機導通;至少一電阻器; 一第二開關,係電性連接於該第一開關、該控制裝置與該電阻器,用以接收該第一控制信號,藉以與該第一開關以及該電阻器彼此導通,據以使該第一當下轉速值降低至該第二當下轉速值;一開路電路;以及一第三開關,係電性連接於該第一開關、該控制裝置與該開路電路,用以接收該第二控制信號,藉以與該第一開關以及該開路電路彼此導通,據以使該風機煞車停止產生該動能。
- 如申請專利範圍第1項所述之煞車控制之風力發電系統,其中,該發電機係為一三相發電機。
- 如申請專利範圍第1項所述之煞車控制之風力發電系統,其中,該控制裝置係為一微控制器(Micro Control Unit,MCU)。
- 如申請專利範圍第1項所述之煞車控制之風力發電系統,其中,該第一開關係為一三相電磁接觸器。
- 如申請專利範圍第1項所述之煞車控制之風力發電系統,其中,該第二開關係為一電阻串聯接觸器。
- 如申請專利範圍第1項所述之煞車控制之風力發電系統,其中,該第三開關係為一三相短路接觸器。
- 如申請專利範圍第1項所述之煞車控制之風力發電系統,其中,該轉換器係為一交流/交流轉換器。
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