一種可即時啟動的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其是設(shè)及一種可即時啟動的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅猛，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍與領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，其 發(fā)電效率、成本W(wǎng)及低風(fēng)速運(yùn)行一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵問題。目前，公知的風(fēng)力發(fā)電機(jī)， 其結(jié)構(gòu)大多是由發(fā)電機(jī)和風(fēng)力機(jī)組成。該種結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在W下缺陷；1、啟動風(fēng)速 大，由于最大靜摩擦力大于滑動摩擦力，因此在停機(jī)狀態(tài)到啟動，需要的轉(zhuǎn)矩會大于保持轉(zhuǎn) 動的轉(zhuǎn)矩。2、在一定風(fēng)速下，風(fēng)力機(jī)從停止到發(fā)電需要較漫長的時間，而且在此時間內(nèi)，風(fēng) 力發(fā)電機(jī)對于風(fēng)能的利用率是很低的；一般發(fā)電機(jī)只能安裝在風(fēng)速比較穩(wěn)定的區(qū)域里。3、 不能跟蹤風(fēng)能最大功率點(diǎn)，風(fēng)能利用率不高。
[0003] 目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的改進(jìn)大多數(shù)都是通過機(jī)械設(shè)計(jì)減小啟動風(fēng)速，在一定程度上， 提高了對風(fēng)能的利用效率；或者在控制器端使用算法實(shí)現(xiàn)對風(fēng)能利用效率的跟蹤。但是，該 種改進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速變化比較頻繁的狀態(tài)下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)長期處于利用效能低點(diǎn)， 利用風(fēng)能的實(shí)際效果不高。
[0004] 文獻(xiàn)[1]"風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組合式葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究"（陳廣華，華北電力大學(xué)博± 論文，2013年），基于動量葉素理論，建立了葉片的數(shù)學(xué)模型，利用改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法 優(yōu)化設(shè)計(jì)了 5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片，計(jì)算了葉片展向各截面的弦長和扭角數(shù)據(jù)，并分析了 葉片的氣動性能等，但是其并不能有效解決對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下利用風(fēng)能的效率與 功率偏小的問題W及轉(zhuǎn)速變化時對于最大功率點(diǎn)的跟蹤。
[0005] 文獻(xiàn)巧]"風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大功率跟蹤控制方法研究"（王棟，內(nèi)蒙古大學(xué)碩±論 文，2009年），針對大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的時變性、非線性、大滯后的特點(diǎn)，在轉(zhuǎn)速環(huán)控制中引入 了模糊自適應(yīng)PI控制器，其在一定程度上有利于提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用效率，但是其 忽略了風(fēng)力機(jī)在一定風(fēng)速下，不能有效縮短系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)到最大功率點(diǎn)的時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在的缺陷，提供對風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能輸出 做出較大改進(jìn)，具有快速啟動風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性，大大減少啟動時間，有效利用風(fēng)能的一種 可即時啟動的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0007] 本發(fā)明設(shè)有電動機(jī)、電動機(jī)控制模塊、發(fā)電機(jī)、負(fù)載輸出控制模塊、風(fēng)力機(jī)、傳感器 模塊；
[000引所述電動機(jī)用于主動輸出轉(zhuǎn)矩并帶動風(fēng)力機(jī)運(yùn)行；
[0009] 所述電動機(jī)控制模塊用于控制電動機(jī)運(yùn)行，并保證在驅(qū)動過程中，電動機(jī)的定子 電流控制在一定范圍內(nèi)，W免電動機(jī)損壞，電動機(jī)控制模塊與電動機(jī)連接；
[0010] 所述發(fā)電機(jī)用于將電動機(jī)的主動輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化成電能，發(fā)電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)與電 動機(jī)連接；
[0011] 所述負(fù)載輸出控制模塊用于控制發(fā)電機(jī)的輸出功率，使風(fēng)力機(jī)處于較佳的工作效 率，負(fù)載輸出控制模塊的輸入端與發(fā)電機(jī)連接，負(fù)載輸出控制模塊的輸出端接負(fù)載；
[0012] 所述風(fēng)力機(jī)用于吸收環(huán)境中的風(fēng)能并輸出轉(zhuǎn)矩，風(fēng)力機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)連 接；
[0013] 所述傳感器模塊用于風(fēng)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、電壓、電流等信息的采集，傳感器模塊 通過CAN總線分別與電動機(jī)控制模塊和負(fù)載輸出控制模塊連接，傳感器模塊另與發(fā)電機(jī)連 接。
[0014] 本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)與電動機(jī)分別通過傳動機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)相連，為其提供轉(zhuǎn)矩，同樣， 發(fā)電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)帶動風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)通過負(fù)載輸出控制模塊與負(fù)載相連，負(fù)載輸 出控制模塊通過PWM信號控制發(fā)電機(jī)輸出給負(fù)載的能量大小。電動機(jī)通過電動機(jī)控制模塊 來限制其啟動電流和調(diào)節(jié)電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩大小。傳感器模塊分別通過對電動機(jī)的電流、 電壓；發(fā)電機(jī)的電流、電壓、轉(zhuǎn)速；負(fù)載的的電流、電壓，環(huán)境溫度、環(huán)境風(fēng)速等進(jìn)行采樣，通 過CAN總線與電動機(jī)控制模塊、負(fù)載輸出控制模塊相連。
[0015] 本發(fā)明具有快速啟動風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性，大大減少啟動時間，在該個基礎(chǔ)上，對電 動機(jī)實(shí)施了軟啟動，延長了電動機(jī)的使用壽命；對發(fā)電機(jī)進(jìn)行了功率監(jiān)測，不僅能夠有效自 動跟蹤最大效率點(diǎn)，而且可W延長發(fā)電機(jī)的使用壽命；在電路設(shè)計(jì)上面，使用CAN總線通 訊，有效延長了各個模塊之間的通訊距離，有效拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有電動機(jī)1、電動機(jī)控制模塊2、發(fā)電機(jī)3、負(fù)載輸出控制 模塊4、風(fēng)力機(jī)5、傳感器模塊6。
[0018] 所述電動機(jī)1用于主動輸出轉(zhuǎn)矩并帶動風(fēng)力機(jī)5運(yùn)行；
[0019]所述電動機(jī)控制模塊2用于控制電動機(jī)1運(yùn)行，并保證在驅(qū)動過程中，電動機(jī)1的 定子電流控制在一定范圍內(nèi)，W免電動機(jī)1損壞，電動機(jī)控制模塊2與電動機(jī)1連接；
[0020] 所述發(fā)電機(jī)3用于將電動機(jī)1的主動輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化成電能，發(fā)電機(jī)3通過傳動機(jī) 構(gòu)與電動機(jī)1連接；
[0021] 所述負(fù)載輸出控制模塊4用于控制發(fā)電機(jī)3的輸出功率，使風(fēng)力機(jī)5處于較佳的 工作效率，負(fù)載輸出控制模塊4的輸入端與發(fā)電機(jī)3連接，負(fù)載輸出控制模塊4的輸出端接 負(fù)載Y;
[0022] 所述風(fēng)力機(jī)5用于吸收環(huán)境中的風(fēng)能并輸出轉(zhuǎn)矩，風(fēng)力機(jī)5通過傳動機(jī)構(gòu)與發(fā)電 機(jī)3連接；
[0023] 所述傳感器模塊6用于風(fēng)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、電壓、電流等信息的采集，傳感器模 塊6通過CAN總線分別與電動機(jī)控制模塊2和負(fù)載輸出控制模塊4連接，傳感器模塊6另 與發(fā)電機(jī)3連接。
[0024] 通過對轉(zhuǎn)速與定子電流的采樣，輸入到控制器，與設(shè)定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行雙環(huán)PI控制， 使電機(jī)能夠快速達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速，并且電流控制在一定范圍內(nèi)。設(shè)定的轉(zhuǎn)速通過W下公式 得到：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可即時啟動的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于設(shè)有電動機(jī)、電動機(jī)控制模塊、發(fā)電機(jī)、 負(fù)載輸出控制模塊、風(fēng)力機(jī)、傳感器模塊； 所述電動機(jī)用于主動輸出轉(zhuǎn)矩并帶動風(fēng)力機(jī)運(yùn)行； 所述電動機(jī)控制模塊用于控制電動機(jī)運(yùn)行，電動機(jī)控制模塊與電動機(jī)連接； 所述發(fā)電機(jī)用于將電動機(jī)的主動輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化成電能，發(fā)電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)與電動機(jī) 連接； 所述負(fù)載輸出控制模塊用于控制發(fā)電機(jī)的輸出功率，負(fù)載輸出控制模塊的輸入端與發(fā) 電機(jī)連接，負(fù)載輸出控制模塊的輸出端接負(fù)載； 所述風(fēng)力機(jī)用于吸收環(huán)境中的風(fēng)能并輸出轉(zhuǎn)矩，風(fēng)力機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)連接； 所述傳感器模塊用于風(fēng)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、電壓、電流信息的采集，傳感器模塊通過 CAN總線分別與電動機(jī)控制模塊和負(fù)載輸出控制模塊連接，傳感器模塊另與發(fā)電機(jī)連接。
【專利摘要】一種可即時啟動的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)。設(shè)有電動機(jī)、電動機(jī)控制模塊、發(fā)電機(jī)、負(fù)載輸出控制模塊、風(fēng)力機(jī)、傳感器模塊；電動機(jī)控制模塊與電動機(jī)連接；發(fā)電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)與電動機(jī)連接；負(fù)載輸出控制模塊的輸入端與發(fā)電機(jī)連接，負(fù)載輸出控制模塊的輸出端接負(fù)載；風(fēng)力機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)連接；傳感器模塊通過CAN總線分別與電動機(jī)控制模塊和負(fù)載輸出控制模塊連接，傳感器模塊另與發(fā)電機(jī)連接。具有快速啟動風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性，減少啟動時間，對電動機(jī)實(shí)施了軟啟動，延長電動機(jī)壽命；對發(fā)電機(jī)進(jìn)行功率監(jiān)測，能有效自動跟蹤最大效率點(diǎn)，可延長發(fā)電機(jī)壽命；使用CAN總線通訊，有效延長各個模塊之間的通訊距離，有效拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。
【IPC分類】F03D9-00, F03D7-00
【公開號】CN104712499
【申請?zhí)枴緾N201510090233
【發(fā)明人】郭東輝, 戚偉業(yè)
【申請人】廈門大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年2月28日