一種基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置,包括機(jī)艙、塔架、發(fā)電機(jī)、PLC、輪轂以及連接在輪轂上的多個(gè)葉片,塔架的底端固定在地面上,機(jī)艙的下端固定于塔架頂端,機(jī)艙的前端設(shè)有發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)位于輪轂與機(jī)艙之間,機(jī)艙上設(shè)有風(fēng)速傳感器、壓力傳感器,風(fēng)速傳感器、壓力傳感器的信號(hào)輸出端與PLC相連,塔架的下端設(shè)有變流器,變流器內(nèi)設(shè)有電流傳感器和電壓傳感器,電流傳感器、電壓傳感器分別與發(fā)電機(jī)相連,電流傳感器、電壓傳感器的信號(hào)輸出端與變流器相連,變流器與PLC相連。本實(shí)用新型只需測(cè)量機(jī)艙風(fēng)速、發(fā)電機(jī)輸出功率和空氣密度這幾個(gè)易測(cè)量就能測(cè)量出風(fēng)輪前沿風(fēng)速,算法簡(jiǎn)單,實(shí)施方便,具有較高的準(zhǔn)確性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及風(fēng)電領(lǐng)域,特別涉及一種基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng) 速的裝置。 一種基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前不可再生資源煤、石油和天然氣日益枯竭,其大量使用對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污 染,因而發(fā)展可再生能源成為當(dāng)今的熱門(mén)課題。風(fēng)能是一種可大規(guī)模開(kāi)發(fā)的可再生能源,對(duì) 風(fēng)能的利用主要是通過(guò)風(fēng)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。現(xiàn)代風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展始于1973年石 油危機(jī),近年來(lái)得到快速發(fā)展,根據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會(huì)2013上半年產(chǎn)業(yè)報(bào)告數(shù)據(jù),截至2013年6 月,世界風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到296255兆瓦,到2013年底,全世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)約占全球電量總 需求的3. 5%。在一些國(guó)家和地區(qū),風(fēng)電已成為最大的電力來(lái)源之一,如丹麥、葡萄牙、西班牙 和德國(guó)等國(guó)家。目前,全球風(fēng)電裝機(jī)量較大的國(guó)家包括中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、西班牙和印度,裝 機(jī)總量超過(guò)全世界份額的70%。我國(guó)風(fēng)能資源相當(dāng)豐富,約為32億千瓦,在東南沿海、山東 半島、遼東半島以及海上島嶼、內(nèi)蒙古、甘肅北部、黑龍江南部和吉林東部都有極佳的風(fēng)能 區(qū)域。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日益更新,如由小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向MW級(jí)大型 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)展,由定速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向變速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)展。
[0003] 風(fēng)能利用系數(shù)是風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)的重要參數(shù),其表達(dá)式為風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能 與流過(guò)風(fēng)輪掃略區(qū)域的風(fēng)能之比。由空氣動(dòng)力學(xué)可知,空氣動(dòng)能與氣流速度三次方成正比, 與空氣密度和掃略面積一次方成正比。在實(shí)際風(fēng)電機(jī)組中,風(fēng)速傳感器通常安裝在機(jī)艙上, 其測(cè)量風(fēng)速并非是風(fēng)輪前沿風(fēng)速,直接利用該測(cè)量風(fēng)速分析風(fēng)能利用系數(shù)必然帶來(lái)較大誤 差。因此,通過(guò)風(fēng)電機(jī)組便于直接測(cè)量的狀態(tài)參數(shù)確定出風(fēng)輪前沿風(fēng)速具有重要意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)施方便、測(cè)量精確的基 于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置。
[0005] 本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前 沿風(fēng)速的裝置,包括機(jī)艙、塔架、發(fā)電機(jī)、PLC、輪轂以及連接在輪轂上的多個(gè)葉片,所述塔架 的底端固定在地面上,機(jī)艙的下端固定于塔架頂端,機(jī)艙的前端設(shè)有發(fā)電機(jī),所述發(fā)電機(jī)位 于輪轂與機(jī)艙之間,所述機(jī)艙上設(shè)有風(fēng)速傳感器、壓力傳感器,風(fēng)速傳感器、壓力傳感器的 信號(hào)輸出端與PLC相連,所述塔架的下端設(shè)有變流器,變流器內(nèi)設(shè)有電流傳感器和電壓傳 感器,電流傳感器、電壓傳感器分別與發(fā)電機(jī)相連,電流傳感器、電壓傳感器的信號(hào)輸出端 與變流器相連,變流器與PLC相連。
[0006] 上述基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置中,所述機(jī)艙上還設(shè)有溫度 傳感器,溫度傳感器的信號(hào)輸出端與PLC相連。
[0007] 上述基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置中,所述機(jī)艙上還設(shè)有濕度 傳感器,濕度傳感器的信號(hào)輸出端與PLC相連。
[0008] 上述基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置還包括上位機(jī),上位機(jī)與 PLC相連。
[0009] 本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0010] 1、本實(shí)用新型選擇可編程邏輯控制器PLC,抗干擾能力強(qiáng),傳感器與PLC之間采用 RS485總線,數(shù)據(jù)傳輸方便,易于實(shí)施;
[0011] 2、本實(shí)用新型只需測(cè)量機(jī)艙風(fēng)速、發(fā)電機(jī)輸出功率和空氣密度這幾個(gè)易測(cè)量就能 測(cè)量出風(fēng)輪前沿風(fēng)速,算法簡(jiǎn)單,實(shí)施方便,具有較高的準(zhǔn)確性。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2為本實(shí)用新型風(fēng)輪內(nèi)的空氣流向示意圖。
[0014] 圖3為本實(shí)用新型的硬件原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0016] 如圖1所示,本實(shí)用新型包括機(jī)艙8、塔架9、發(fā)電機(jī)3、輪轂2以及連接在輪轂2上 的葉片1,所述塔架9的底端固定在地面上,機(jī)艙8的下端固定于塔架9頂端,機(jī)艙8的前端 設(shè)有發(fā)電機(jī)3,所述發(fā)電機(jī)3位于輪轂2與機(jī)艙8之間,所述機(jī)艙8上設(shè)有風(fēng)速傳感器4、壓 力傳感器5、溫度傳感器6、濕度傳感器7,所述塔架9的下端設(shè)有變流器10,變流器10內(nèi)設(shè) 有電流傳感器11和電壓傳感器12,電流傳感器11、電壓傳感器12分別與發(fā)電機(jī)3相連,電 流傳感器11、電壓傳感器12的信號(hào)輸出端與變流器10相連。
[0017] 如圖2所示,圖中h為距離風(fēng)輪一定距離的上游風(fēng)速,&為通過(guò)風(fēng)輪時(shí)的風(fēng)速 (在風(fēng)電機(jī)組中,風(fēng)速傳感器安裝在風(fēng)輪葉片附近,可認(rèn)為測(cè)得的風(fēng)速為流過(guò)風(fēng)輪的速度), h為離風(fēng)輪一定距離的下游風(fēng)速;上游截面積為A,下游截面積為&。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)理 論,風(fēng)輪吸收的機(jī)械功率乓為
[0018] 4 = - %)=每/3--2 - v22) (式 1)
[0019] 由式(1)得到V!,心,v2三者關(guān)系為
[0020] ν2 = 2ν? - Vj (式 2)
[0021] 將式(2)代入式(1)中,有
[0022] 4 = 2p5v|(v1-vi) (式 3)
[0023] 忽略風(fēng)輪機(jī)械功率4與發(fā)電機(jī)電功率&之間的差異,對(duì)式(3 )進(jìn)行整理,則有
[0024] +yd (式 4)
[0025] 公式4即是風(fēng)輪前沿風(fēng)速η與發(fā)電機(jī)功率',空氣密度p ,風(fēng)輪掃略面積公以及 機(jī)艙測(cè)量風(fēng)速4之間的關(guān)系表達(dá)式,其中發(fā)電機(jī)功率/^ =IU,I為電流傳感器測(cè)量的電流, U為電壓傳感器測(cè)量的電壓。
[0026] 圖3為本實(shí)用新型的硬件原理圖,風(fēng)速傳感器4、壓力傳感器5、溫度傳感器6、濕度 傳感器7、電流傳感器11、電壓傳感器12的信號(hào)輸出端均與PLC相連,其中各傳感器與PLC 之間采用RS485通訊連接,PLC與上位機(jī)之間采用以太網(wǎng)進(jìn)行通信,中間設(shè)有以太網(wǎng)交換機(jī) 以滿足通訊距離要求。
[0027] 本實(shí)用新型的工作原理如下:風(fēng)速傳感器4、壓力傳感器5、溫度傳感器6、濕度傳 感器7分別采集機(jī)艙8的風(fēng)速信號(hào)、壓力信號(hào)、溫度信號(hào)、濕度信號(hào),并將采集到的信號(hào)送 入PLC中,電流傳感器11、電壓傳感器12分別采集發(fā)電機(jī)3的電流信號(hào)、電壓信號(hào),并將采 集到的電流、電壓信號(hào)送入PLC中,PLC將數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)交換機(jī)送入上位機(jī)中顯示。本實(shí)用 新型只需測(cè)量機(jī)艙風(fēng)速、發(fā)電機(jī)輸出功率和空氣密度這幾個(gè)易測(cè)量就能測(cè)量出風(fēng)輪前沿風(fēng) 速,算法簡(jiǎn)單,實(shí)施方便,具有較高的準(zhǔn)確性。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置,其特征在于:包括機(jī)艙、塔 架、發(fā)電機(jī)、PLC、輪轂以及連接在輪轂上的多個(gè)葉片,所述塔架的底端固定在地面上,機(jī)艙 的下端固定于塔架頂端,機(jī)艙的前端設(shè)有發(fā)電機(jī),所述發(fā)電機(jī)位于輪轂與機(jī)艙之間,所述機(jī) 艙上設(shè)有風(fēng)速傳感器、壓力傳感器,風(fēng)速傳感器、壓力傳感器的信號(hào)輸出端與PLC相連,所 述塔架的下端設(shè)有變流器,變流器內(nèi)設(shè)有電流傳感器和電壓傳感器,電流傳感器、電壓傳感 器分別與發(fā)電機(jī)相連,電流傳感器、電壓傳感器的信號(hào)輸出端與變流器相連,變流器與PLC 相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置,其特征在 于:所述機(jī)艙上還設(shè)有溫度傳感器,溫度傳感器的信號(hào)輸出端與PLC相連。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置,其特征在 于:所述機(jī)艙上還設(shè)有濕度傳感器,濕度傳感器的信號(hào)輸出端與PLC相連。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙風(fēng)速確定風(fēng)輪前沿風(fēng)速的裝置,其特征在 于:還包括上位機(jī),上位機(jī)與PLC相連。
【文檔編號(hào)】F03D7/06GK203892125SQ201420102759
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月8日
【發(fā)明者】戴巨川, 文麗, 胡燕平, 劉子其 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)