升力型垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)及啟動方法
【專利摘要】一種垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)及方法，它包含電驅控制器；主控制器；風速傳感器、第一自動開關和第二自動開關以及電源。當外界風速v大于垂直軸風力發(fā)電機組能夠切入發(fā)電的最低風速vmin以及小于垂直軸風力發(fā)電機組的最高運行風速vmax，且垂直軸風力發(fā)電機組的轉速n小于在該最低風速vmin時垂直軸風力發(fā)電機組可以維持運轉發(fā)電的最低轉速nmin時，第一自動開關閉合，使永磁同步發(fā)電機轉動，從而帶動垂直軸風力發(fā)電機組加速旋轉；此時永磁同步發(fā)電機相當于電動機。當垂直軸風力發(fā)電機組的轉速n大于nmin后，立即切斷第一自動開關，閉合第二自動開關，永磁同步發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)向電源輸電。
【專利說明】升力型垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)及啟動方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明與升力型垂直軸風力發(fā)電機組有關，尤指一種可在較低風速狀態(tài)下驅動升力型垂直軸風力發(fā)電機組啟動的系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]目前，隨著能源與環(huán)境的壓力增加，風能這種清潔環(huán)保，且低成本的能源越來越受到重視，而且隨著技術的發(fā)展，垂直軸風力發(fā)電機組因其具有低噪音，不像水平軸風力發(fā)電機的葉輪一樣需要隨著風向而旋轉對風等優(yōu)點，受到人們越來越多的關注。
[0003]其中升力型垂直軸風力發(fā)電機組由于具有較高的風能利用效率得到了廣泛的應用。較高效率的升力型垂直軸風力發(fā)電機組一般具有較高的尖速比和較低的實度。這里，尖速比是指葉片的旋轉線速度和風速之比；實度是指所有葉片在葉片旋轉掃掠面上的垂直投影面積和與葉片旋轉掃掠面積之比。
[0004]但是較高效率的升力型垂直軸風力發(fā)電機組的實度一般都較低，其氣動特性決定了在某一風速下，如果其轉速在低于能進行最大功率轉換的轉速以下一定轉速段時，其有一個最低的風力驅動轉矩。特別是在較低風速下，該最低的驅動轉矩有可能低于該轉速段風力發(fā)電機組風輪連接的所有軸承的摩擦阻力轉矩和發(fā)電機電磁阻力轉矩之和，導致風力發(fā)電機組的風輪不能越過該較低轉速段，從而不能實現(xiàn)較高效率的風能轉換。所以，較低實度垂直軸風力發(fā)電機組在低風速時其風輪不能從一開始的靜止狀態(tài)開始在風力的驅動下逐步加速到較高速后獲得較高的驅動轉矩以更多地把風能轉換為機械能。如果沒有除風力外的外力作用，風力發(fā)電機組需要在一個較高的風速vs的作用下，才能自行從靜止啟動加速到較高的轉速后持續(xù)發(fā)電運行。但是實際上只要風速在某一最小風速vmin之上，且有除風力外的外力驅動風力發(fā)電機組加速運轉到超過某一最低運行轉速nmin，垂直軸風力發(fā)電機即可持續(xù)運轉發(fā)電，vmin要遠小于vs。因此，沒有采取驅動措施的較低實度升力型垂直軸風力發(fā)電機組的啟動風速較高，其應用得到了限制。
[0005]為了解決此問題，一些升力型垂直軸風力發(fā)電機組采用較高實度的葉片，其單個葉片弦長較長，葉片個數(shù)較多，以使得垂直軸風力發(fā)電機組能在低風下就能啟動。但是由于其葉片材料增加使得葉片成本較高，強風時迎風截面較大，葉片受到的水平方向的風力合力增大，導致桿塔和基礎載荷增大，從而使得桿塔和基礎的建造費用上升，經濟效益不佳。
[0006]另外，還有一些升力型垂直軸風力發(fā)電機組采用無鐵心發(fā)電機，使得發(fā)電機的電磁阻力轉矩較小，所以升力型垂直軸風力發(fā)電機組的總的阻力轉矩也減小，從而可以在低風速風力狀態(tài)下就可啟動。但是無鐵心發(fā)電機效率較低，容量小，成本高，散熱困難，可靠性較差，限制了風力發(fā)電機組的整體發(fā)電能力。
[0007]因此，如何使升力型垂直軸風力發(fā)電機組在較低風速狀態(tài)下即可克服阻力轉矩而啟動，為本行業(yè)所亟需解決的問題。

【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明的主要目的在于提供一種在較低風速狀態(tài)下驅動升力型垂直軸風力發(fā)電機組啟動的系統(tǒng)及方法。該啟動系統(tǒng)及方法可以使得升力型垂直軸風力發(fā)電機組的啟動風速明顯降低，在低風速風力地區(qū)也可克服阻力轉矩而啟動。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0010]一種升力型垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，以升力型垂直軸風力發(fā)電機組內的永磁同步發(fā)電機為基礎,它包含:
[0011 ] 一電驅控制器，所述電驅控制器分別電連接升力型垂直軸風力發(fā)電機組內的永磁同步發(fā)電機和一具有充電和供電功能的電源，串聯(lián)成一啟動電路；所述電驅控制器利用所述電源作為輸入驅動永磁同步發(fā)電機旋轉；
[0012]一第一自動開關，串聯(lián)在所述永磁同步發(fā)電機與所述電驅控制器之間；
[0013]一主控制器，所述主控制器串聯(lián)在所述永磁同步發(fā)電機的交流輸出端與所述電源之間，形成一發(fā)電電路；所述永磁同步發(fā)電機發(fā)出的交流電經過所述主控制器變換后向所述電源輸電；
[0014]一第二自動開關串聯(lián)在發(fā)電電路上，電連接永磁同步發(fā)電機和主控制器；
[0015]所述主控制器分別電連接所述第一自動開關和所述第二自動開關；以控制所述第一自動開關和所述第二自動開關的閉合和斷開；
[0016]一風速傳感器，所述風速傳感器電連接所述主控制器，把風速信號傳送給所述主控制器；
[0017]當外界風速V大于垂直軸風力發(fā)電機組能夠切入發(fā)電的最低風速vmin以及低于垂直軸風力發(fā)電機組最高運行風速，且垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η小于在該最低風速vmin時垂直軸風力發(fā)電機組可以維持運轉發(fā)電的最低轉速nmin時,所述主控制器控制所述第一自動開關閉合，所述電驅控制器利用所述電源作為輸入驅動所述永磁同步發(fā)電機轉動，從而帶動垂直軸風力發(fā)電機組加速旋轉，使垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η大于nmin ;此時，所述永磁同步發(fā)電機相當于永磁電動機；
[0018]當垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η大于nmin后，所述主控制器立即切斷所述第一自動開關，閉合所述第二自動開關，在垂直軸風力發(fā)電機組的帶動下永磁同步發(fā)電機旋轉，此時永磁同步發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)，所述永磁同步發(fā)電機發(fā)出的交流電經過所述主控制器變換后向電源輸電。
[0019]在一較佳實施例中，所述電源是離網型風力發(fā)電機組所連接的蓄電池或所述電源是并網型風力發(fā)電機組所連接的交流電網。
[0020]在一較佳實施例中，還包括有設置在永磁同步發(fā)電機的定子上的轉子位置傳感器，所述轉子位置傳感器電連接該電驅控制器；所述永磁同步發(fā)電機在電驅啟動時采用具有位置傳感器的控制方式驅動控制永磁同步發(fā)電機旋轉。
[0021]在一較佳實施例中，所述永磁同步發(fā)電機為三相永磁同步發(fā)電機；所述轉子位置傳感器為霍爾型位置傳感器，該霍爾型位置傳感器為3個，以120度電角度分布于三相永磁同步發(fā)電機的定子鐵芯表面。
[0022]在一較佳實施例中，所述永磁同步發(fā)電機在電驅啟動時采用無位置傳感器的控制方式驅動控制所述永磁同步發(fā)電機旋轉。
[0023]在一較佳實施例中，所述第一自動開關和第二自動開關為接觸器或者繼電器。[0024]在一較佳實施例中，當所述電源是蓄電池時，所述電驅控制器包含一 DC/AC逆變電路和一電驅控制器控制電路，該DC/AC逆變電路通過所述第一自動開關電連接所述永磁同步發(fā)電機，該DC/AC逆變電路電連接電驅控制器控制電路，所述DC/AC逆變電路電連接蓄電池，所述電驅控制器通過DC/AC逆變電路將蓄電池提供的直流電轉換成交流電，驅動永磁同步發(fā)電機旋轉；或者
[0025]當所述電源是交流電網時，所述電驅控制器包含一 AC/AC驅動電路和一電驅控制器控制電路，該AC/AC驅動電路通過所述第一自動開關電連接所述永磁同步發(fā)電機，該AC/AC驅動電路電連接電驅控制器控制電路，所述AC/AC驅動電路電連接所述交流電網，所述電驅控制器通過AC/AC驅動電路將交流電網提供的工頻交流電轉換成變頻變壓交流電，驅動永磁同步發(fā)電機旋轉。
[0026]在一較佳實施例中，當所述電源是蓄電池時，所述主控制器包含一 AC/DC整流電路、一主控制器控制電路和一DC/DC直流變換電路；所述AC/DC整流電路通過第二自動開關電連接永磁同步發(fā)電機，將所述永磁同步發(fā)電機發(fā)出的交流電整流成直流電；所述DC/DC直流變換電路位于所述AC/DC整流電路與所述蓄電池之間，將AC/DC整流電路整流后的直流電變換為能對蓄電池進行充電功率可控的直流電后對蓄電池充電；所述風速傳感器、第一自動開關、第二自動開關分別電連接主控制器控制電路；或者
[0027]當所述電源是交流電網時，所述主控制器包含一 AC/AC變流電路和一主控制器控制電路；所述AC/AC變流電路通過第二自動開關電連接所述永磁同步發(fā)電機，位于所述第二自動開關和所述交流電網之間，將所述永磁同步發(fā)電機發(fā)出的變頻變壓交流電變換成可向交流電網輸電的工頻交流電后向交流電網輸電；所述風速傳感器、第一自動開關、第二自動開關分別電連接主控制器控制電路。
[0028]在一較佳實施例中，所述轉子位置傳感器電連接所述電驅控制器內部的控制電路，提供給所述電驅控制器驅動電機時所需位置信號。
[0029]一種應用于上述的升力型垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)的電驅啟動方法，它包含以下步驟:
[0030]第一步，開始，通過風速傳感器，測量外界風速；
[0031]第二步，當外界風速V大于垂直軸風力發(fā)電機組能夠切入發(fā)電的最低風速vmin以及小于垂直軸風力發(fā)電機組的最高運行風速，且垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η小于在該最低風速vmin時垂直軸風力發(fā)電機組可以維持運轉發(fā)電的最低轉速nmin時,所述主控制器斷開所述第二自動開關，閉合所述第一自動開關，啟動電路工作，電驅控制器利用所述電源作為輸入驅動所述永磁同步發(fā)電機旋轉，進而，帶動垂直軸風力發(fā)電機組旋轉至較高轉速；
[0032]第三步，當垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η大于nmin時，斷開所述第一自動開關，閉合所述第二自動開關，切入發(fā)電電路，此時，所述永磁同步發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)，所述永磁同步發(fā)電機經過所述組控制器變換后向所述電源輸電；
[0033]第四步，延長一段時間后，返回第一步，重復上述步驟。
[0034]本發(fā)明有益效果是:通過本發(fā)明一種升力型垂直軸風力發(fā)電機組電驅啟動系統(tǒng)及方法可使得升力型垂直軸風力發(fā)電機組啟動風速明顯降低，同時保持升力型垂直軸風力發(fā)電機組在較高風速時較高的氣動效率，可以大大增加低風區(qū)的發(fā)電量。還可采用更低實度的葉片，從而使得升力型垂直軸風力發(fā)電機組效率提高，降低風輪成本，且因受風面小使得抗風能力提聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1:升力型垂直軸風力發(fā)電機組結構示意圖。
[0036]圖2:本發(fā)明升力型垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)原理框圖。
[0037]圖3:本發(fā)明升力型垂直軸風力發(fā)電機組的一較佳實施例的電驅啟動系統(tǒng)的具體原理示意圖；
[0038]圖4:本發(fā)明的升力型垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動方法流程圖。
[0039]附圖標號:1:永磁同步發(fā)電機；2:電驅控制器；3:主控制器；4:電源；5:風輪；6:風速傳感器；7.轉子位置傳感器；8:升力型葉片；9:中心軸；10:軸承；11:永磁轉子；12:定子；13:定子交流輸出和轉子位置傳感器輸出電纜；14:電驅控制器控制電路；15:主控制器控制電路；K1:第一自動開關；K2:第二自動開關。
【具體實施方式】
[0040]以下僅以實施例說明本發(fā)明可能的實施態(tài)樣，然而并非用以限制本發(fā)明所欲保護的范疇，先予敘明。
[0041]如圖1所示，升力型垂直軸風力發(fā)電機組包括:永磁同步發(fā)電機1、升力型葉片8、中心軸9等，其中永磁同步發(fā)電機的組件有:永磁轉子11、定子12、軸承10、定子交流輸出和轉子位置傳感器輸出電纜13等。
[0042]本發(fā)明充分利用升力型垂直軸風力發(fā)電機組內的永磁同步發(fā)電機1，在較低風速狀態(tài)下，將永磁同步發(fā)電機I作為電動機，驅動升力型垂直軸風力發(fā)電機組啟動；當升力型垂直軸風力發(fā)電機組的轉速大于垂直軸風力發(fā)電機組在最低風速vmin時可以維持運轉發(fā)電的最低轉速nmin時,切換永磁同步發(fā)電機I的狀態(tài)，使其作為發(fā)電機運轉。
[0043]圖2所示為本發(fā)明所提供的一種升力型垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，它包括:電驅控制器2、主控制器3、第一自動開關K1、第二自動開關K2和風速傳感器6以及電源4。本發(fā)明的一較佳實施例中，如圖3所示，電源4為離網型風力發(fā)電機組所連接的蓄電池，實際上電源4還可以是并網型風力發(fā)電機組所連接的交流電網。
[0044]其中，所述主控制器3具有對升力型垂直軸風力發(fā)電機組發(fā)出的電能進行變換以及控制向電源4充電的功能，可將垂直軸風力發(fā)電機組內的永磁同步發(fā)電機I發(fā)出的交流電整流變換成直流電，并控制向電源4充電的功能；
[0045]同時，它還接收風速傳感器6傳來的風速信號，進行控制判斷；它還具有控制第一自動開關Kl和第二自動開關K2閉合和斷開的功能。
[0046]第一自動開關Kl和第二自動開關K2可為接觸器或者繼電器。
[0047]且該電驅控制器2具有將電源4提供的直流電轉換成交流電，驅動永磁同步發(fā)電機I旋轉的功能；該電驅控制器2的直流電源輸入端與電源4的直流電源接線端相連，其交流電源輸出端經第一自動開關Kl與該永磁同步發(fā)電機I的交流電源接線端相連；電源4、電驅控制器2、第一自動開關Kl和永磁發(fā)同步電機I串聯(lián)成一啟動電路；該第一自動開關Kl串聯(lián)在永磁同步發(fā)電機I與電驅控制器2之間，以控制該啟動電路的啟動/停止。[0048]主控制器3的交流電源輸入端經第二自動開關K2與永磁同步發(fā)電機的交流電源接線端相連，主控制器3的直流電源輸出端與電源4的直接電源接線端相連；該主控制器
3、永磁同步發(fā)電機I和電源4串聯(lián)形成一充電電路；一第二自動開關K2串聯(lián)在永磁同步發(fā)電機I和主控制器3之間，以控制該充電電路的啟動/停止；。
[0049]一風速傳感器6用來感測現(xiàn)場風速，并電連接主控制器3，將風速信號傳送給主控制器3，所述主控制器3還分別電連接所述第一自動開關Kl和所述第二自動開關K2 ；以此主控制器3通過風速傳感器6測得的風速信號，控制第一自動開關K1、該第二自動開關K2的閉合/斷開，實現(xiàn)充電電路和啟動電路之間的切換。
[0050]當外界風速V大于垂直軸風力發(fā)電機組能夠切入發(fā)電的最低風速vmin以及V小于該垂直軸風力發(fā)電機組的最高運行風速vmax，且垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η小于在該最低風速vmin時垂直軸風力發(fā)電機組可以維持運轉發(fā)電的最低轉速nmin時,主控制器3控制第一自動開關Kl閉合，第二自動開關K2斷開，電驅控制器2將電源4提供的直流電源轉換成交流電源，驅動垂直軸風力發(fā)電機組組內的永磁同步發(fā)電機I轉動，從而帶動垂直軸風力發(fā)電機組的風輪5加速旋轉至大于nmin，使其由風力持續(xù)帶動垂直軸風力發(fā)電機組運轉在轉速大于nmin之上，從而獲得足夠驅動轉矩維持風力發(fā)電機組持續(xù)發(fā)電。此時，永磁同步發(fā)電機I相當于永磁同步電動機。
[0051]當垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η大于nmin后，主控制器3立即切斷第一自動開關K1，閉合第二自動開關K2，在垂直軸風力發(fā)電機組5的帶動下永磁同步發(fā)電機I旋轉，此時永磁同步發(fā)電機I處于發(fā)電狀態(tài)，主控制器3將永磁同步發(fā)電機I發(fā)交流電轉換成直流電，向電源4充電。
[0052]以下通過一臺額定功率200W，額定風速12m/s的升力型垂直軸風力發(fā)電機組為例，說明本發(fā)明的啟動系統(tǒng)和啟動方法。本發(fā)明公開的垂直軸風力發(fā)電機組電驅啟動系統(tǒng)及方法的氣動設計結果是:在外界風速V大于垂直軸風力發(fā)電機組能夠切入發(fā)電的最低風速vmin以及外界風速V小于垂直軸風力發(fā)電機組的最高運行風速vmax，且垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η小于在該最低風速vmin時垂直軸風力發(fā)電機組可以維持運轉發(fā)電的最低轉速nmin時,借助永磁同步發(fā)電機I作為永磁電動機，帶動風輪5加速旋轉至大于nmin后接入主控制器3，使其由風力持續(xù)帶動垂直軸風力發(fā)電機組運轉在轉速大于nmin之上，從而獲得足夠驅動轉矩維持風力發(fā)電機持續(xù)發(fā)電。其中，在額定功率200W，額定風速12m/s的升力型垂直軸風力發(fā)電機組中vmin為3m/s, vmax為20m/s, nmin為100r/min。
[0053]本發(fā)明的啟動方法步驟如下，如圖2、圖4所示:
[0054]第一步，開始，通過風速傳感器6，測量外界風速并傳給主控制器3 ;
[0055]第二步，當外界風速V大于垂直軸風力發(fā)電機組能夠切入發(fā)電的最低風速vmin以及V小于垂直軸風力發(fā)電機組的最高運行風速vmax，且垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η小于在該最低風速vmin時垂直軸風力發(fā)電機組可以維持運轉發(fā)電的最低轉速nmin時,主控制器3斷開第二自動開關K2，閉合第一自動開關K1，啟動電路工作，電驅控制器2將電源4提供的直流電轉換成交流電，驅動永磁同步發(fā)電機I旋轉，進而，帶動垂直軸風力發(fā)電機組旋轉至較高轉速；
[0056]第三步，當垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η大于nmin時，主控制器3斷開第一自動開關K1，閉合第二自動開關K2，切入充電電路，此時，永磁同步發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)，主控制器3將永磁同步發(fā)電機發(fā)出的交流電轉換成直流電，向電源4充電；
[0057]第四步，延長一段時間后，返回第一步，重復上述步驟。
[0058]較佳地，驅動一次以后，一般間隔一段時間才能再次判斷條件后才能再次驅動，以節(jié)省電源4電力。故所述第四步返回第一步進行再啟動時，具有一延遲時間。在本例中延遲時間600秒,如圖4所示。
[0059]較佳地，在一具體較佳實施例中，所述電源4是一蓄電池，所述電驅控制器2采用如圖3所示原理結構，所述電驅控制器2包含一 DC/AC逆變電路和一電驅控制器控制電路14，該DC/AC逆變電路通過所述第一自動開關Kl電連接所述永磁同步發(fā)電機I，該DC/AC逆變電路電連接電驅控制器控制電路14，所述DC/AC逆變電路電連接所述電源4。即通過DC/AC逆變電路把電源4的直流電轉換為能驅動永磁同步發(fā)電機I的交流電，該交流電的相位與轉子位置之間存在一定關系以形成驅動電磁轉矩；所述電驅控制器2的技術廣泛應用于現(xiàn)有電動自行車、電動汽車等配置的各種永磁無刷直流電動機驅動系統(tǒng)中；該驅動技術包括有位置傳感器和無位置傳感器兩種方式。
[0060]較佳地，在一具體較佳實施例中，所述電源4是一蓄電池，所述主控制器3采用如圖3所示原理結構，所述主控制器3包含一 AC/DC整流電路、一主控制器控制電路15和一DC/DC直流變換電路；所述AC/DC整流電路通過第二自動開關K2電連接永磁同步發(fā)電機1，將所述永磁同步發(fā)電機I發(fā)出的交流電整流成直流電；該DC/DC直流變換電路位于AC/DC整流電路與該電源4之間，將該AC/DC整流電路整流后的直流電變換為能對該電源4進行充電功率可控的直流電后對該電源4進行充電電源4。所述風速傳感器6、第一自動開關K1、第二自動開關K2分別電連接主控制器控制電路15，以采用風速信號，控制第一自動開關K1、第二自動開關K2的通/斷。
[0061]較佳地，在其他較佳實施例中，所述電源4還可以是一并網型風力發(fā)電機組所連接的交流電網，所述電驅控制器2采用以下原理結構:所述電驅控制器2包含一 AC/AC驅動電路和一電驅控制器控制電路，該AC/AC驅動電路通過所述第一自動開關Kl電連接所述永磁同步發(fā)電機I，該AC/AC驅動電路電連接電驅控制器控制電路，所述AC/AC驅動電路電連接所述交流電網，所述電驅控制器通過AC/AC驅動電路將交流電網提供的工頻交流電轉換成變頻變壓交流電，驅動永磁同步發(fā)電機I旋轉。
[0062]較佳地，在其他較佳實施例中，所述電源4還可以是一并網型風力發(fā)電機組所連接的交流電網，所述主控制器3采用以下原理結構:所述主控制器3包含一 AC/AC變流電路和一主控制器控制電路；所述AC/AC變流電路通過第二自動開關K2電連接所述永磁同步發(fā)電機，位于所述第二自動開關K2和所述交流電網之間，將所述永磁同步發(fā)電機I發(fā)出的變頻變壓交流電變換成可向交流電網輸電的工頻交流電后向交流電網輸電；所述風速傳感器
6、第一自動開關K1、第二自動開關K2分別電連接主控制器控制電路，以采用風速信號，控制第一自動開關K1、第二自動開關K2的通/斷。
[0063]在本發(fā)明的一具體較佳實施例中，如圖3所示，在電驅啟動時，所述永磁同步發(fā)電機I采用具有位置傳感器的方式驅動，轉子位置傳感器7設置在永磁同步發(fā)電機I的定子上，該轉子位置傳感器7電連接該電驅控制器2，即電連接所述電驅控制器控制電路14，以檢測永磁同步發(fā)電機磁鋼的位置，即為轉子的位置，以此作為基礎，驅動永磁同步發(fā)電機I旋轉。[0064]該永磁同步發(fā)電機I是三相永磁同步發(fā)電機,如圖3所示，所述AC/DC整流電路為三相全橋整流電路，所述轉子位置傳感器7為霍爾型位置傳感器，該霍爾型位置傳感器為3個，以120度電角度分布于該三相永磁同步發(fā)電機的定子鐵芯表面。
[0065]在本發(fā)明的另一具體較佳實施例中，在電驅啟動時，所述永磁同步發(fā)電機I采用無位置傳感器的方式驅動時，通過檢測接入到電驅控制器2的電壓和電流，并由電驅控制器2內的程序以及電驅控制器控制電路14完成永磁同步發(fā)電機I轉子位置判斷，進而驅動永磁同步發(fā)電機I旋轉。
[0066]通過本發(fā)明所述的啟動系統(tǒng)及啟動方法，使得升力型垂直軸風力發(fā)電機組的啟動風速可以為維持發(fā)電的最低風速vmin。該啟動風速vmin —般在2?4m/s之間，從而可以使得垂直軸風力發(fā)電機組的啟動風速降低到2?4m/s，實現(xiàn)低風速段的發(fā)電能力和提高年發(fā)電量。
【權利要求】
1.一種升力型垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，以升力型垂直軸風力發(fā)電機組內的永磁同步發(fā)電機為基礎，其特征在于，它包含: 一電驅控制器，所述電驅控制器分別電連接升力型垂直軸風力發(fā)電機組內的永磁同步發(fā)電機和一具有充電和供電功能的電源，串聯(lián)成一啟動電路；所述電驅控制器利用所述電源作為輸入驅動永磁同步發(fā)電機旋轉； 一第一自動開關，串聯(lián)在所述永磁同步發(fā)電機與所述電驅控制器之間； 一主控制器，所述主控制器串聯(lián)在所述永磁同步發(fā)電機的交流輸出端與所述電源之間，形成一發(fā)電電路；所述永磁同步發(fā)電機發(fā)出的交流電經過所述主控制器變換后向所述電源輸電； 一第二自動開關串聯(lián)在發(fā)電電路上，電連接永磁同步發(fā)電機和主控制器； 所述主控制器分別電連接所述第一自動開關和所述第二自動開關；以控制所述第一自動開關和所述第二自動開關的閉合和斷開； 一風速傳感器，所述風速傳感器電連接所述主控制器，把風速信號傳送給所述主控制器； 當外界風速V大于垂直軸風力發(fā)電機組能夠切入發(fā)電的最低風速vmin以及低于垂直軸風力發(fā)電機組最 高運行風速，且垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η小于在該最低風速vmin時垂直軸風力發(fā)電機組可以維持運轉發(fā)電的最低轉速nmin時，所述主控制器控制所述第一自動開關閉合，所述電驅控制器利用所述電源作為輸入驅動所述永磁同步發(fā)電機轉動，從而帶動垂直軸風力發(fā)電機組加速旋轉，使垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η大于nmin;此時，所述永磁同步發(fā)電機相當于永磁電動機； 當垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η大于nmin后，所述主控制器立即切斷所述第一自動開關，閉合所述第二自動開關，在垂直軸風力發(fā)電機組的帶動下永磁同步發(fā)電機旋轉，此時永磁同步發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)，所述永磁同步發(fā)電機發(fā)出的交流電經過所述主控制器變換后向電源輸電。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述電源是離網型風力發(fā)電機組所連接的蓄電池或所述電源是并網型風力發(fā)電機組所連接的交流電網。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，其特征在于，還包括有設置在永磁同步發(fā)電機的定子上的轉子位置傳感器，所述轉子位置傳感器電連接該電驅控制器；所述永磁同步發(fā)電機在電驅啟動時采用具有位置傳感器的控制方式驅動控制永磁同步發(fā)電機旋轉。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述永磁同步發(fā)電機為三相永磁同步發(fā)電機；所述轉子位置傳感器為霍爾型位置傳感器，該霍爾型位置傳感器為3個，以120度電角度分布于三相永磁同步發(fā)電機的定子鐵芯表面。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述永磁同步發(fā)電機在電驅啟動時采用無位置傳感器的控制方式驅動控制所述永磁同步發(fā)電機旋轉。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述第一自動開關和第二自動開關為接觸器或者繼電器。
7.根據(jù)權利要求2所述的一種垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，其特征在于，當所述電源是蓄電池時，所述電驅控制器包含一 DC/AC逆變電路和一電驅控制器控制電路，該DC/AC逆變電路通過所述第一自動開關電連接所述永磁同步發(fā)電機，該DC/AC逆變電路電連接電驅控制器控制電路，所述DC/AC逆變電路電連接蓄電池，所述電驅控制器通過DC/AC逆變電路將蓄電池提供的直流電轉換成交流電，驅動永磁同步發(fā)電機旋轉；或者 當所述電源是交流電網時，所述電驅控制器包含一 AC/AC驅動電路和一電驅控制器控制電路，該AC/AC驅動電路通過所述第一自動開關電連接所述永磁同步發(fā)電機，該AC/AC驅動電路電連接電驅控制器控制電路，所述AC/AC驅動電路電連接所述交流電網，所述電驅控制器通過AC/AC驅動電路將交流電網提供的工頻交流電轉換成變頻變壓交流電，驅動永磁同步發(fā)電機旋轉。
8.根據(jù)權利要求2所述的一種垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，其特征在于，當所述電源是蓄電池時，所述主控制器包含一 AC/DC整流電路、一主控制器控制電路和一 DC/DC直流變換電路；所述AC/DC整流電路通過第二自動開關電連接永磁同步發(fā)電機，將所述永磁同步發(fā)電機發(fā)出的交流電整流成直流電；所述DC/DC直流變換電路位于所述AC/DC整流電路與所述蓄電池之間，將AC/DC整流電路整流后的直流電變換為能對蓄電池進行充電功率可控的直流電后對蓄電池充電；所述風速傳感器、第一自動開關、第二自動開關分別電連接主控制器控制電路；或者 當所述電源是交流電網時，所述主控制器包含一 AC/AC變流電路和一主控制器控制電路；所述AC/AC變流電路通過第二自動開關電連接所述永磁同步發(fā)電機，位于所述第二自動開關和所述交流電網之間，將所述永磁同步發(fā)電機發(fā)出的變頻變壓交流電變換成可向交流電網輸電的工頻交流電后向交流電網輸電；所述風速傳感器、第一自動開關、第二自動開關分別電連接主控制器控制電路。
9.根據(jù)權利要求3或4所述的一種垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動系統(tǒng)，其特征在于，所述轉子位置傳感器電連接所述電驅控制器內部的控制電路，提供給所述電驅控制器驅動電機時所需位置信號。
10.一種應用于權利要求1至9的垂直軸風力發(fā)電機組的電驅啟動方法，其特征在于，它包含以下步驟: 第一步，開始，通過風速傳感器，測量外界風速； 第二步，當外界風速V大于垂直軸風力發(fā)電機組能夠切入發(fā)電的最低風速vmin以及小于垂直軸風力發(fā)電機組的最高運行風速，且垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η小于在該最低風速vmin時垂直軸風力發(fā)電機組可以維持運轉發(fā)電的最低轉速nmin時,所述主控制器斷開所述第二自動開關，閉合所述第一自動開關，啟動電路工作，電驅控制器利用所述電源作為輸入驅動所述永磁同步發(fā)電機旋轉，進而，帶動垂直軸風力發(fā)電機組旋轉至較高轉速； 第三步，當垂直軸風力發(fā)電機組的轉速η大于nmin時，斷開所述第一自動開關，閉合所述第二自動開關，切入發(fā)電電路，此時，所述永磁同步發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)，所述永磁同步發(fā)電機經過所述組控制器變換后向所述電源輸電； 第四步，延長一段時間后，返回第一步，重復上述步驟。
【文檔編號】H02P9/00GK103615359SQ201310705508
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權日:2013年12月19日
【發(fā)明者】王建輝, 宋佩棟 申請人:國能風力發(fā)電有限公司