專(zhuān)利名稱(chēng)：低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
低電壓直流用電設(shè)備需要采用相應(yīng)電壓等級(jí)的直流電源供電。傳統(tǒng)的低電壓直流供電系 統(tǒng)普遍采用市電和蓄電池組相結(jié)合的供電模式，蓄電池組額定電壓與用電設(shè)備額定電壓一致 ，市電通過(guò)開(kāi)關(guān)電源向蓄電池組充電和用電設(shè)備供電。近年來(lái)，隨著低電壓直流供電系統(tǒng)的 應(yīng)用日益廣泛，耗能與日俱增，引入綠色能源的要求也越來(lái)越迫切。目前，低電壓直流供電 系統(tǒng)在引入綠色能源時(shí)常采用太陽(yáng)能，但是太陽(yáng)能供電方式造價(jià)高，占地面積大，并且太陽(yáng) 能電池在生產(chǎn)過(guò)程中需要消耗大量的能源。相比而言，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組造價(jià)低，生產(chǎn)過(guò)程耗能 低，占用自然資源少，應(yīng)用時(shí)占地面積??；同等發(fā)電量條件下，風(fēng)力發(fā)電的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于太 陽(yáng)能發(fā)電。因此，將風(fēng)力發(fā)電廣泛應(yīng)用到低電壓直流供電領(lǐng)域已經(jīng)成為一個(gè)趨勢(shì)。
目前，低電壓直流供電系統(tǒng)引入風(fēng)力發(fā)電主要采用三種方式1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電
壓與用電設(shè)備額定電壓一致，其輸出電能經(jīng)過(guò)整流后直接向蓄電池組充電和用電設(shè)備供電。
2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電壓高于用電設(shè)備額定電壓，使用降壓變壓器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電 壓降低到與用電設(shè)備額定電壓相適應(yīng)的交流電壓，整流后直接向蓄電池組充電和用電設(shè)備供 電。3)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的電壓高于用電設(shè)備額定電壓，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電壓整流逆 變?yōu)槿喙ゎl交流電壓，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源向蓄電池組充電和用電設(shè)備供電；為使逆變器穩(wěn)定工 作，必須額外配置與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電壓相適應(yīng)的蓄電池組。
以上三種風(fēng)力發(fā)電引入方式均存在一定不足。方式l應(yīng)用于負(fù)荷較大的低電壓直流供電 系統(tǒng)時(shí)，低電壓的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電流大，發(fā)電機(jī)繞組損耗和電能傳輸過(guò)程產(chǎn)生的損耗非 ?？捎^(guān)；方式2雖然只增加了降壓變壓器，但是該變壓器并不是常規(guī)工頻變壓器，制作有難 度，不僅增加成本，同時(shí)也降低系統(tǒng)效率；方式3應(yīng)用較為普遍，同時(shí)也是增加成本最多、 降低系統(tǒng)效率最多的方式，不僅增加設(shè)備，而且額外增加了大量的蓄電池組，違背了節(jié)能環(huán) 保的初衷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，針對(duì)低電壓直流供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，大幅度提高發(fā)電系統(tǒng)的整體效率與供電可靠性。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)能控制電源、蓄電 池組和后備電源控制器，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的三相輸出端連接至風(fēng)能控制電源的輸入端， 風(fēng)能控制電源的輸出端連接至蓄電池組，后備電源控制器的輸入端分別與蓄電池組的輸出端 和后備電源的輸出端相連接，后備電源控制器的輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)電源連接至蓄電池組，風(fēng)能 控制電源的負(fù)載輸出端連接至用電設(shè)備。
所述的后備電源包括市電和柴油發(fā)電機(jī)；
所述的風(fēng)能控制電源包括功率變換模塊、功率控制模塊和控制電路模塊，其中風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組的三相輸出端連接至功率變換模塊和功率控制模塊的輸入端，功率變換模塊的輸出 端連接至蓄電池組和用電設(shè)備，控制電路模塊分別與功率變換模塊和功率控制模塊相連接。
所述的后備電源控制器主要包括蓄電池檢測(cè)模塊、市電檢測(cè)模塊、柴電檢測(cè)模塊和切 換控制模塊，其中蓄電池檢測(cè)模塊連接至蓄電池組的控制端，市電檢測(cè)模塊和柴電檢測(cè)模 塊分別與后備電源的三相輸出端相連接，切換控制模塊的控制端與后備電源的控制端相連接 ，切換控制模塊的輸入端分別連接至蓄電池檢測(cè)模塊、市電檢測(cè)模塊和柴電檢測(cè)模塊的信號(hào) 輸出端，切換控制模塊的輸出端經(jīng)開(kāi)關(guān)電源與蓄電池組的輸入端連接。
本發(fā)明通過(guò)以下方式進(jìn)行工作當(dāng)蓄電池組虧電時(shí)，若后備電源控制器檢測(cè)市電輸入正 常，則后備電源控制器將市電切入，由市電通過(guò)開(kāi)關(guān)電源向蓄電池組充電和用電設(shè)備供電； 若后備電源控制器檢測(cè)市電異常，則后備電源控制器將自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，后備電源控制 器檢測(cè)柴電正常后，由柴電經(jīng)開(kāi)關(guān)電源為蓄電池組充電和用電設(shè)備供電。
本發(fā)明直接應(yīng)用于低電壓直流系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電壓高于用電設(shè)備工作電壓，實(shí)現(xiàn)高 電壓電能傳輸，大大減少了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組損耗和傳輸損耗；根據(jù)設(shè)定曲線(xiàn)以高頻開(kāi)關(guān)方式將 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高電壓電能轉(zhuǎn)換成低電壓直流電能向蓄電池組充電和用電設(shè)備供電，主動(dòng)控制 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按照最大功率狀態(tài)運(yùn)行；動(dòng)態(tài)加載電阻消耗高電壓直流 電能，調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行；動(dòng)態(tài)調(diào)整蓄電池組充電電流和 充電電壓，優(yōu)化蓄電池組充電管理，延長(zhǎng)蓄電池組使用壽命；可根據(jù)需要配置后備電源控制 器，選擇市電與柴電為后備電源，蓄電池組虧電時(shí)可自動(dòng)切換市電或柴電經(jīng)開(kāi)關(guān)電源向蓄電 池組充電和用電設(shè)備供電，極大地提高了低電壓直流供電系統(tǒng)的供電可靠性。


圖l為實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施， 給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組l、風(fēng)能控制電源2、蓄電池組3和后備電源控 制器4，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的三相輸出端連接至風(fēng)能控制電源2的輸入端，風(fēng)能控制電源2 的輸出端連接至蓄電池組3，后備電源控制器4的輸入端分別與蓄電池組3的輸出端和后備電 源5的輸出端相連接，后備電源控制器4的輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)電源6連接至蓄電池組3，風(fēng)能控制 電源2的負(fù)載輸出端連接至用電設(shè)備7。
所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組l包括塔架8、風(fēng)輪9、轉(zhuǎn)軸IO、斜銷(xiāo)軸ll、永磁發(fā)電機(jī)12和尾梁 尾翼13，其中風(fēng)輪9通過(guò)轉(zhuǎn)軸10連接至永磁發(fā)電機(jī)12的輸入軸，尾梁尾翼13通過(guò)斜銷(xiāo)軸11 連接至永磁發(fā)電機(jī)12的末端，塔架8固定設(shè)置于永磁發(fā)電機(jī)12的下方。
所述的尾梁尾翼13為折疊式結(jié)構(gòu)。
所述的永磁發(fā)電機(jī)12的輸出電壓高于用電設(shè)備7的額定電壓，以便減小永磁發(fā)電機(jī)12繞 組損耗與電能傳輸損耗。
所述的風(fēng)能控制電源2包括功率變換模塊14、功率控制模塊15和控制電路模塊16，其 中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1的三相輸出端連接至功率變換模塊14和功率控制模塊15的輸入端，功率 變換模塊14的輸出端連接至蓄電池組3和用電設(shè)備7，控制電路模塊16分別與功率變換模塊14 和功率控制模塊15相連接。
所述的后備電源控制器4主要包括蓄電池檢測(cè)模塊17、市電檢測(cè)模塊18、柴電檢測(cè)模 塊19和切換控制模塊20，其中蓄電池檢測(cè)模塊17連接至蓄電池組3的控制端，市電檢測(cè)模 塊18和柴電檢測(cè)模塊19分別與后備電源5的三相輸出端相連接，切換控制模塊20的控制端與 后備電源5的控制端相連接，切換控制模塊20的輸入端分別連接至蓄電池檢測(cè)模塊17、市電 檢測(cè)模塊18和柴電檢測(cè)模塊19的信號(hào)輸出端，切換控制模塊20的輸出端經(jīng)開(kāi)關(guān)電源6與蓄電 池組3的輸入端連接。
所述的后備電源5包括市電21和柴油發(fā)電機(jī)22;
本實(shí)施例通過(guò)以下方式進(jìn)行工作
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1將風(fēng)輪9捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)12，永磁發(fā)電機(jī)12將 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電壓幅值可變、頻率可變的高電壓交流電能，風(fēng)能控制電源2將高電壓交流電能轉(zhuǎn)化為符合蓄電池組3特性的低電壓直流電能向蓄電池組3充電和用電設(shè)備7供電，同時(shí)主動(dòng) 控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組l運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)速小于尾梁尾翼13折偏風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪9可自動(dòng)對(duì)風(fēng)；當(dāng)風(fēng) 速大于尾梁尾翼13折偏風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪9逐漸偏離風(fēng)向而減少迎風(fēng)面積，限制風(fēng)力機(jī)組輸出功 率和轉(zhuǎn)速。永磁發(fā)電機(jī)12由風(fēng)輪9直接驅(qū)動(dòng)，將風(fēng)輪9捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電壓幅值可變、頻率 可變的三相交流電能；
然后，功率變換模塊14先將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1產(chǎn)生的三相交流電能轉(zhuǎn)化為高電壓直流電能 ，由控制電路模塊16根據(jù)設(shè)定曲線(xiàn)控制功率變換模塊14運(yùn)行，通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)方式將高電壓直 流電能轉(zhuǎn)化為符合蓄電池組3特性的低電壓直流電能，通過(guò)調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)組l輸出功率主動(dòng) 控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組l轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，同時(shí)實(shí)現(xiàn)蓄電池組3充放電管理；功率控制模 塊15先將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1產(chǎn)生的三相交流電能轉(zhuǎn)化為高電壓直流電能，由控制電路模塊16控 制功率控制模塊15運(yùn)行，通過(guò)動(dòng)態(tài)加載電阻的方式消耗高電壓直流電能，調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 l轉(zhuǎn)矩以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組l安全運(yùn)行；控制電路模塊16完成控制功能，實(shí)現(xiàn)各功能模塊的正 常運(yùn)行；
以柴油發(fā)電機(jī)和市電作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的后備電源5，在蓄電池組3虧電時(shí)，蓄電池檢測(cè) 模塊17檢測(cè)蓄電池組3電壓，當(dāng)蓄電池組3電壓低于設(shè)定電壓時(shí)，若市電檢測(cè)模塊18檢測(cè)后備 電源5中的市電供給正常，則切換控制模塊20將市電切入，由市電通過(guò)開(kāi)關(guān)電源6為蓄電池組 3充電和用電設(shè)備7供電；若市電檢測(cè)模塊18檢測(cè)市電異常，則切換控制模塊20將自動(dòng)啟動(dòng)后 備電源5中的柴油發(fā)電機(jī)，若柴電檢測(cè)模塊19檢測(cè)后備電源5中的柴電供給正常，則切換控制 模塊20將柴電切入，由柴電通過(guò)開(kāi)關(guān)電源6為蓄電池組3充電和用電設(shè)備7供電。
權(quán)利要求
1.一種低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)能控制電源、蓄電池組和后備電源控制器，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的三相輸出端連接至風(fēng)能控制電源的輸入端，風(fēng)能控制電源的輸出端連接至蓄電池組，后備電源控制器的輸入端分別與蓄電池組的輸出端和后備電源的輸出端相連接，后備電源控制器的輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)電源連接至蓄電池組，風(fēng)能控制電源的負(fù)載輸出端連接至用電設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是， 所述的后備電源包括市電和柴油發(fā)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是， 所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括塔架、風(fēng)輪、轉(zhuǎn)軸、斜銷(xiāo)軸、永磁發(fā)電機(jī)和尾梁尾翼，其中風(fēng) 輪通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接至永磁發(fā)電機(jī)的輸入軸，尾梁尾翼通過(guò)斜銷(xiāo)軸連接至永磁發(fā)電機(jī)的末端，塔 架固定設(shè)置于永磁發(fā)電機(jī)的下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是， 所述的尾梁尾翼為折疊式結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是， 所述的永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓高于用電設(shè)備的額定電壓，以便減小永磁發(fā)電機(jī)繞組損耗與電 能傳輸損耗。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是， 所述的風(fēng)能控制電源包括功率變換模塊、功率控制模塊和控制電路模塊，其中風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組的三相輸出端連接至功率變換模塊和功率控制模塊的輸入端，功率變換模塊的輸出端連 接至蓄電池組和用電設(shè)備，控制電路模塊分別與功率變換模塊和功率控制模塊相連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是， 所述的后備電源控制器包括蓄電池檢測(cè)模塊、市電檢測(cè)模塊、柴電檢測(cè)模塊和切換控制模 塊，其中蓄電池檢測(cè)模塊連接至蓄電池組的控制端，市電檢測(cè)模塊和柴電檢測(cè)模塊分別與 后備電源的三相輸出端相連接，切換控制模塊的控制端與后備電源的控制端相連接，切換控 制模塊的輸入端分別連接至蓄電池檢測(cè)模塊、市電檢測(cè)模塊和柴電檢測(cè)模塊的信號(hào)輸出端， 切換控制模塊的輸出端經(jīng)開(kāi)關(guān)電源與蓄電池組的輸入端連接。
全文摘要
一種風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的低壓直流供電用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)能控制電源、蓄電池組和后備電源控制器，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的三相輸出端連接至風(fēng)能控制電源的輸入端，風(fēng)能控制電源的輸出端連接至蓄電池組，后備電源控制器的輸入端分別與蓄電池組的輸出端和后備電源的輸出端相連接，后備電源控制器的輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)電源連接至蓄電池組，風(fēng)能控制電源的負(fù)載輸出端連接至用電設(shè)備。本發(fā)明針對(duì)低電壓直流供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，大幅度提高發(fā)電系統(tǒng)的整體效率與供電可靠性。
文檔編號(hào)H02J7/32GK101604865SQ20091030477
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者衛(wèi) 俞, 葉余勝, 葉清貴 申請(qǐng)人:上海致遠(yuǎn)綠色能源有限公司