專利名稱：智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器的制作方法
智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器。背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外市場上可見的大中型(百KW以上)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多為并網(wǎng)系 統(tǒng)，中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般獨立運行。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)力大小在 任意長短的時間段都在變，風(fēng)機所吸收和輸出的功率(能量)是一個時刻變化 的量，即風(fēng)力發(fā)電機輸出端口的電壓(指閉路電壓)的頻率和幅值均是不斷變 化的量。因此其輸出端很難直接帶恒定負(fù)載或并入電網(wǎng)。在并網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)中，其風(fēng)能轉(zhuǎn)化的電能在并網(wǎng)前不但要做整流、逆變、平波、升壓等電氣方 面的技術(shù)處理，還要對葉片的速度和速率加以控制、對系統(tǒng)進行增速或減速等 較復(fù)雜的技術(shù)處理。在獨立運行的中小風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中， 一般將風(fēng)力發(fā)電機輸 出的能量進行整流，再把整流后的脈動直流能量儲存入蓄電池，直流負(fù)載直接 由蓄電池供電，交流負(fù)載則由蓄電池通過逆變裝置供電。這就是目前中小型風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)供用電模式。在這種通用的模式中，最常見的弊端是風(fēng)能利 用系數(shù)小，可利用的風(fēng)速范圍很窄。高速風(fēng)能得到利用則低速風(fēng)能被浪費，低 速風(fēng)能被利用則高速風(fēng)能必有一部分被浪費。特別是中低速風(fēng)能被浪費現(xiàn)象十分嚴(yán)重，以至于收不到風(fēng)力發(fā)電的預(yù)期效果。以圖l為例說明如下如"圖l"所示、風(fēng)力發(fā)電機輸出電壓標(biāo)稱值為48V，在額定風(fēng)速(7—8級) 下整流器輸入交流脈動三相電壓為48—50 V (線電壓)左右，整流輸出直流為 64.5—67.5V左右，被充電電池組電壓為5X12=60V。只有當(dāng)風(fēng)力為7-8級風(fēng)速 左右時，整流器輸出閉路電壓才能略高于電池組端電壓(60V)，使電池處于被 充電狀態(tài)，風(fēng)能可通過整流器隨時儲存于電池組E和電容C之中。當(dāng)風(fēng)力為6 級及以下時，發(fā)電機閉路脈動端電壓將低于47V，此時整流器輸出直流端電壓將 低于63V，只能給虧電的電池組作微充電。當(dāng)風(fēng)力為5級及以下時，整流器直流輸出電壓將低于55V，風(fēng)力為4級及以下時，直流側(cè)輸出會更低(45V以下)， 在直流輸出電壓等于或低于電池組端電壓的情況下，風(fēng)能將無法給蓄電池充電， 即風(fēng)能無法存儲于電池內(nèi)，當(dāng)然也無法供60V及以上電壓等級的負(fù)載或裝置使 用，因此，此時的風(fēng)力發(fā)電機形同虛設(shè)。風(fēng)能全部消耗于機械系統(tǒng)的磨損和飛 轉(zhuǎn)與風(fēng)力的磨損運動中，不但浪費了唾手可得的風(fēng)能，還置風(fēng)力發(fā)電機于破壞 性飛轉(zhuǎn)的危險之中，或者是使發(fā)電機不停的處于耗能制動的限速過程中，即使 不引起風(fēng)力發(fā)電機故障，也會大大降低發(fā)電機使用壽命。就技術(shù)而言，雖然可 以通過DC/DC電源使整流電壓升高，以保證電池處于充電狀態(tài)，但在DC/DC電 源內(nèi)部不但存在整流、高頻逆變、交流升壓和可控再整流等能量損失，而且在 整流過程中的限壓輸出還直接抑制了較高風(fēng)速的能量利用，使高風(fēng)速能量的一 大部分消耗于能耗制動的過程中，因而使系統(tǒng)利用系數(shù)明顯降低，故在實用中 沒有得到推廣。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是即克服上述不足問題，提供一種智能型一次可控?zé)o觸點式 風(fēng)能吸收器。該裝置能夠根據(jù)基本風(fēng)速改變風(fēng)能存儲路徑、使整流環(huán)節(jié)的直流 輸出電壓始終滿足充電條件，使風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的蓄電池始終處于充電狀態(tài)， 即保證風(fēng)機葉片所吸收的絕大部分有效風(fēng)能都可以被接收和儲存，從而提高風(fēng) 力發(fā)電機的系統(tǒng)利用效率。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)容易、體積小、成本低， 便于推廣。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收 器。所述智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器包括多繞組輸入變壓器、多路 交流無觸點開關(guān)、整流器、電壓檢測儀表及選通控制盒；所述多繞組輸入變壓 器的原邊各繞組通過交流無觸點開關(guān)與風(fēng)力發(fā)電機輸出端同相并接，所述多繞 組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接，所述整流器的正負(fù)極輸出端分別與蓄 電池和直流負(fù)載相連接；所述電壓檢測儀表輸入端與風(fēng)力發(fā)電機輸出端線連接， 所述電壓檢測儀表輸出端連接選通控制盒，所述選通控制盒輸出端連接交流無 觸點開關(guān)控制極和整流器。根據(jù)本發(fā)明所述的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案 是所述電壓檢測儀表，采用電壓變換器、電壓互感器或帶極限輸出接點的電 壓表。根據(jù)本發(fā)明所述的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案 是所述選通開關(guān)盒是具有計算、比較和控制輸出功能的單片機或工控機或計 算機或PLC智能控制儀器或設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明所述的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案 是所述多繞組輸入變壓器是工頻或低頻的鋁芯、銅芯特殊或普通電力變壓器。根據(jù)本發(fā)明所述的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案 是所述多路交流無觸點開關(guān)是可控硅或IGBT或IPM電力電子器件或模塊。根據(jù)本發(fā)明所述的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案是:所述整流器是二極管或三級管或可控硅或IGBT或IPM電力電子器件或模塊。本發(fā)明的有益的技術(shù)效果是加裝本發(fā)明產(chǎn)品的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)實際風(fēng)速 接近額定風(fēng)速范圍時，風(fēng)機輸出電壓直接整流；當(dāng)實際風(fēng)速偏離額定風(fēng)速范圍時，通過改變原邊繞組升壓后整流、充電。即拓寬了可利用風(fēng)速的范圍，提高 了風(fēng)力發(fā)電機的利用系數(shù)，又避免了風(fēng)力發(fā)電機因空載而飛轉(zhuǎn)的危害。實踐已 證明效果極佳。
圖1為現(xiàn)有的小型風(fēng)力發(fā)蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲和輸送的原理電 路圖。圖2為本發(fā)明實施例的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器的小型風(fēng)力發(fā) 蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲和輸送的原理示意圖。圖3為本發(fā)明實施例的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器的多繞組輸入 變壓器原邊為4組繞組的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲和輸送的原 理示意圖。
具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。5請參照圖2，圖2為本發(fā)明實施例的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器的 小型風(fēng)力發(fā)蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲和輸送的原理示意圖。本實施例中，在風(fēng)力發(fā)電機輸出端與蓄電池之間增設(shè)一套"智能型一次可 控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器"，由一臺多繞組(原邊)輸入、單繞組輸出的電力變壓 器、 一組多回路交流無觸點開關(guān)、 一個智能型選通控制盒(如圖2所示)和一 套電壓監(jiān)測儀表組成。變壓器原邊各繞組通過交流無觸點開關(guān)同相并聯(lián)于風(fēng)力 發(fā)電機輸出端線，副邊繞組連接整流器，整流器輸出連接蓄電池及負(fù)載。各交 流無觸點開關(guān)的控制極與智能型選通控制盒相接，智能型選通控制盒的輸入信 號取自電壓檢測儀表，電壓檢測儀表可以設(shè)在發(fā)電機輸出端，也可以設(shè)在二次 繞組輸出端。由智能型選通控制盒根據(jù)檢測到的電壓(即風(fēng)速)值控制各無觸 點開關(guān)組的通斷，即變壓器原邊各繞組的輸出與否受控制盒控制。當(dāng)風(fēng)速大于 或等于額定風(fēng)速時，變壓器工作于直接傳遞能量狀態(tài)，發(fā)電機輸出端線直接通 過對應(yīng)的無觸點交流開關(guān)組和整流器對電池和負(fù)載供電。當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速 時，風(fēng)力發(fā)電機在選通控制盒的控制下，通過對應(yīng)的升壓繞組向副邊傳送能量， 副邊接收的能量通過整流器傳遞給電池和負(fù)載。其中，所述多繞組輸入的電力變壓器是具有多變比輸入的電力變壓器，其 副邊線圈為單繞組，原邊每個繞組的匝數(shù)對副邊線圈的匝數(shù)比不同，通過選通 不同的繞組可得到不同值的副邊電壓。其中，所述交流無觸點開關(guān)組是指可控硅或IGBT或IPM等電力電子類器 件或模塊(包括三級管、GTR、 GT0、 P—M0SFET、 IGCT等)。其中，所述整流器為現(xiàn)代電力電子類無觸點開關(guān)，系指可控硅或IGBT或IPM 等電力電子器件或模塊(包括二極管、三級管、GTR、 GTO、 P—M0SFET、 IGCT 等)。其中，所述的智能型選通控制盒是具有計算、比較和控制輸出功能的單片 機或工控機或計算機或PLC等智能控制類儀器或設(shè)備。其中，所述電壓檢測儀表是可以對電壓信號進行檢測與變換的儀表，系指電 壓變送器、電壓互感器、帶有極限輸出接點的電壓檢測儀表。舉例說明請參照圖3，圖3為本發(fā)明實施例的智能型一次可控?zé)o觸點式 風(fēng)能吸收器的多繞組輸入變壓器原邊為4組繞組的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲和輸送的原理示意圖。其相對于副邊的變壓比分別為1/1 (直通組)、1/1.25 (B2組)、1/1.5 (B3組)和1/1.75 (B4組)。各組分別與編號相同的交 流無觸點開關(guān)組連接。被充電的蓄電池電壓為2x12f24v。并接于蓄電池的燈具 負(fù)載工作電壓為24v。風(fēng)力發(fā)電機工作時，由選通控制盒根據(jù)實測得的風(fēng)機輸出端的電壓值的大 小，控制一組無觸點開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，其余無觸點開關(guān)處于阻斷狀態(tài)。系統(tǒng) 保持只有無觸點開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)的繞組向電池注入能量并向負(fù)載供電、而其 他繞組均為空載無輸出的狀態(tài)。例如，當(dāng)風(fēng)力在額定風(fēng)速范圍時，選通控制盒 控制無觸點開關(guān)"II"被選通而其它開關(guān)被關(guān)閉，系統(tǒng)得到的整流和充電能量 直接來自發(fā)電機的輸出端；當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速致使風(fēng)機輸出端電壓低于20v 時，無觸點開關(guān)"12"被選通而其他開關(guān)組被關(guān)閉，蓄電池得到的充電能量來 自繞組"B2"的輸出；當(dāng)風(fēng)速變小致使風(fēng)機輸出端電壓低于16. 3v時無觸點開 關(guān)"13"被選通而其他開關(guān)被關(guān)閉，蓄電池得到的充電能量來自繞組"B3"的輸 出端；同理，當(dāng)風(fēng)速更小致使風(fēng)機輸出端電壓低于14v時，無觸點開關(guān)"I4" 被選通，此時蓄電池得到的充電能量來自繞組B4的輸出端。系統(tǒng)中的變壓器原邊線圈中始終有一組處于閉合且存在空載損耗的狀態(tài)， 同時整流器也一直處于整流接通狀態(tài)，因此風(fēng)機輸出端不會出現(xiàn)虛假電壓，因 而電壓檢測儀表得到的電壓物理信號是可靠的。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對本發(fā)明所作的進一步詳細(xì)說明，不 能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替 換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器包括多繞組輸入變壓器、多路交流無觸點開關(guān)、整流器、電壓檢測儀表及選通控制盒；所述多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過交流無觸點開關(guān)與風(fēng)力發(fā)電機輸出端同相并接，所述多繞組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接，所述整流器的正負(fù)極輸出端分別與蓄電池和直流負(fù)載相連接；所述電壓檢測儀表輸入端與風(fēng)力發(fā)電機輸出端線連接，所述電壓檢測儀表輸出端連接選通控制盒，所述選通控制盒輸出端連接交流無觸點開關(guān)控制極和整流器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器，其特征在 于所述電壓檢測儀表，采用電壓變換器、電壓互感器或帶極限輸出接點的電 壓表。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器，其特征在 于所述選通開關(guān)盒是具有計算、比較和控制輸出功能的單片機或工控機或計 算機或PLC智能控制儀器或設(shè)備。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器，其特征在 于所述多繞組輸入變壓器是工頻或低頻的鋁芯、銅芯特殊或普通電力變壓器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器，其特征在 于所述多路交流無觸點開關(guān)是可控硅或IGBT或IPM電力電子器件或模塊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器，其特征在 于:所述整流器是二極管或三級管或可控硅或IGBT或IPM電力電子器件或模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器。所述智能型一次可控?zé)o觸點式風(fēng)能吸收器包括多繞組輸入變壓器、多路交流無觸點開關(guān)、整流器；所述多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過交流無觸點開關(guān)與風(fēng)力發(fā)電機輸出端同相并接，所述多繞組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接，所述整流器的正負(fù)極輸出端分別與蓄電池和直流負(fù)載相連接。加裝本發(fā)明產(chǎn)品的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)實際風(fēng)速接近額定風(fēng)速范圍時，風(fēng)機輸出電壓直接整流；當(dāng)實際風(fēng)速偏離額定風(fēng)速范圍時，通過改變原邊繞組升壓后整流、充電。既拓寬了可利用風(fēng)速的范圍，提高了風(fēng)力發(fā)電機的利用系數(shù)，又避免了風(fēng)力發(fā)電機因空載而飛轉(zhuǎn)的危害。實踐已證明效果極佳。
文檔編號H02J7/32GK101604863SQ20091001260
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者孫毅彪, 徐云勝 申請人:孫毅彪