專利名稱：寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收
O
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(dú)立運(yùn)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(shí)間段 都在變，風(fēng)機(jī)所吸收和輸出的功率(能量)是一個(gè)時(shí)刻變化的量，因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)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。大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于并網(wǎng)運(yùn)行等原因，一般通過關(guān)注和控制葉輪速度、速率等指標(biāo) 尋求最大功率輸出和安全運(yùn)行。中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的能量進(jìn)行整 流，再把整流后的脈動(dòng)直流能量儲(chǔ)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(fèi)，低速風(fēng)能被利用則高速風(fēng)能必有一部分被浪費(fèi)。特別是中低速風(fēng)能被 浪費(fèi)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。實(shí)用中盡管有通過DC/DC電源提 高整流電壓的技術(shù)，但由于其內(nèi)部存在整流、逆變和再整流等中間環(huán)節(jié)，其調(diào)壓范圍內(nèi)存在 限制能量輸入的較大區(qū)域，所以效率不高，因此應(yīng)用實(shí)例不很多。絕大多部分的實(shí)例如圖1 所示。在“圖1”實(shí)例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓標(biāo)稱值為48V，在額定風(fēng)速(7-8級(jí))下整 流器輸入交流脈動(dòng)三相電壓為48-50V(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(jí)風(fēng)速左右時(shí)，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(shí)儲(chǔ)存于電 池組E和電容C之中。當(dāng)風(fēng)力為6級(jí)及以下時(shí)，發(fā)電機(jī)閉路脈動(dòng)端電壓將低于47V，此時(shí)整 流器輸出直流端電壓將低于63V，此時(shí)只能給虧電的電池組作微充電。當(dāng)風(fēng)力為5級(jí)及以下 時(shí)，整流器直流輸出電壓將低于55V，風(fēng)力為4級(jí)以下時(shí)，直流側(cè)輸出會(huì)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(chǔ)于電池內(nèi)，當(dāng)然也無法供60V及以上電壓等級(jí)的負(fù)載或裝置使用，因此，此時(shí)的風(fēng)力發(fā) 電機(jī)形同虛設(shè)。風(fēng)能全部消耗于機(jī)械系統(tǒng)的磨損和飛轉(zhuǎn)與風(fēng)力的磨損運(yùn)動(dòng)中，不但浪費(fèi)了 唾手可得的風(fēng)能，還置風(fēng)力發(fā)電機(jī)于破壞性飛轉(zhuǎn)的危險(xiǎn)之中，或者是使發(fā)電機(jī)不停的處于 耗能制動(dòng)的限速過程中，即使不引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障，也會(huì)大大降低發(fā)電機(jī)使用壽命。實(shí)用 中雖然有通過DC/DC電源提高整流電壓的技術(shù)和實(shí)例，但由于涉及整流-逆變-升壓-再 整流等多環(huán)節(jié)，能量傳送過程中存在較多的限制區(qū)域，因此效率不高，沒有普遍應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服上述不足問題，提供一種寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，能夠根據(jù)基本風(fēng)速的大小改變風(fēng)能存儲(chǔ)路徑、使整流輸出電壓在寬風(fēng)速范圍內(nèi)滿 足風(fēng)能存儲(chǔ)條件。該裝置使風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的蓄電池始終處于充電狀態(tài)，即保證風(fēng)機(jī)葉片 所吸收的低于額定值的絕大部分有效風(fēng)能都可以被接收和儲(chǔ)存，從而提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的系 統(tǒng)利用效率。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)容易、體積小、成本低，便于推廣。本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)所采用的技術(shù)方案是提供一種寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn) 式風(fēng)能吸收器。所述寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器包括多繞組輸出變壓器，多路 整流開關(guān)組和智能型選通控制盒；所述多繞組輸出變壓器的輸入端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端相 接，所述多繞組輸出變壓器的各二次繞組分別與對(duì)應(yīng)的可控整流開關(guān)組連接，可控整流開 關(guān)組的輸出端與蓄電池母線和直流負(fù)載相連接。根據(jù)本實(shí)用新型所述的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案是: 所述多繞組輸出變壓器的原邊接有帶報(bào)警接點(diǎn)的三相電壓檢測儀表；所述三相電壓檢測儀 表輸出端連接選通控制盒；所述選通控制盒的多線輸出端連接各可控整流開關(guān)組的控制 極。根據(jù)本實(shí)用新型所述的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案是: 所述三相電壓監(jiān)視儀表采用電壓變換器、電壓互感器或帶極限輸出接點(diǎn)的電壓表。根據(jù)本實(shí)用新型所述的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案是: 所述多繞組輸出變壓器的副邊為多繞組輸出，采用工頻、或低頻的鋁芯、銅芯特殊或普通電 力變壓器。根據(jù)本實(shí)用新型所述的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案是: 所述多路整流開關(guān)組是可控硅或IGBT或IPM或三級(jí)管等電力電子器件或模塊。根據(jù)本實(shí)用新型所述的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)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(jì)算、比較、和控制輸出功能的單片機(jī)或工控機(jī)或計(jì)算機(jī)或PLC智 能控制儀器或設(shè)備。本實(shí)用新型的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器有益的技術(shù)效果通過加裝本 實(shí)用新型產(chǎn)品的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)實(shí)際風(fēng)速接近額定風(fēng)速范圍時(shí)，原邊電壓直接整流；當(dāng)實(shí) 際風(fēng)速偏離額定風(fēng)速范圍時(shí)，經(jīng)過副邊相應(yīng)繞組升壓后充電；即拓寬了可利用風(fēng)速的范圍， 提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的利用系數(shù)，又避免了風(fēng)力發(fā)電機(jī)因空載而飛轉(zhuǎn)的危害；實(shí)踐已證明效 果極佳。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的小型風(fēng)力發(fā)蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和輸送的原理電路 圖；圖2為本實(shí)用新型裝有寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)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(chǔ)和輸送的原理電路圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的裝有寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)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(chǔ)和輸送的原理電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說明。[0016]請(qǐng)參照?qǐng)D2，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端與蓄能蓄電池之間增設(shè)一套“寬風(fēng)速二次可控 無觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器”，由一臺(tái)多繞組(副邊)輸出的電力變壓器、一組多回路可控整流開 關(guān)組、一個(gè)智能型選通控制盒和一組電壓監(jiān)測儀表組成(如圖2所示)。變壓器原邊繞組 (單)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出線相接，副邊每個(gè)繞組連接一組無觸點(diǎn)可控整流開關(guān)，所有可控整 流開關(guān)組的正極輸出端均并接于蓄能電池正極母線，負(fù)極輸出端并接于電池負(fù)極母線。各 整流開關(guān)組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(hào)取自連接于變 壓器一次繞組的檢測儀表。由智能型選通控制盒根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出線的電壓(即風(fēng)速)控制 各可控整流開關(guān)組的通斷和整流控制角，即變壓器副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(shí)，變壓器工作于直接傳遞能量狀態(tài)，原邊三相線路直接通過 對(duì)應(yīng)的整流開關(guān)組對(duì)電池和負(fù)載供電。當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)，變壓器工作于升壓傳送能 量狀態(tài)，風(fēng)能通過變壓器原邊、副邊升壓線圈和對(duì)應(yīng)的整流開關(guān)組向蓄電池和負(fù)載供電。所述多繞組輸出的電力變壓器是具有多變比輸出的電力變壓器，其副邊線圈為多 組，每組線圈匝數(shù)對(duì)原邊線圈的匝數(shù)比不同，從而保證在同一原線圈電壓下，不同的副邊繞 組可得到不同值的副邊電壓。所述整流開關(guān)組為現(xiàn)代電力電子類無觸點(diǎn)開關(guān)，系指可控硅或IGBT或IPM類電力 電子器件或模塊(包括功率三級(jí)管、GTR、GT0, P-MOSFET, IGCT等)。所述的智能型選通控制盒是具有計(jì)算、比較、和控制輸出功能的單片機(jī)或工控機(jī) 或計(jì)算機(jī)或PLC等智能控制類儀器或設(shè)備。所述電壓檢測儀表是可以把電壓信號(hào)檢測與變換儀表，系指電壓變送器、電壓互 感器、帶有極限輸出接點(diǎn)的電壓檢測儀表。請(qǐng)參照?qǐng)D3 本實(shí)用新型一具體實(shí)施例是，風(fēng)力發(fā)蓄電系統(tǒng)中的電力變壓器(B)副 邊為4組繞組，其相對(duì)于原邊的變壓比分另Ij為1/1 (直通)、1/1. 25 (B2組)、1/1. 5 (B3組) 和1/1.75Φ4組)。各組分別與編號(hào)相同的整流開關(guān)組連接。中間被充電的蓄電池電壓為 2X12v = 24v。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(jī)工作時(shí)，由選通控制盒根據(jù)實(shí)測得的風(fēng)機(jī)輸出端的電壓值的大小，控 制一組整流開關(guān)組處于整流狀態(tài)，其余整流開關(guān)組處于阻斷狀態(tài)。即風(fēng)機(jī)工作時(shí)只有一組 繞組向電池注入能量并向負(fù)載供電，其他繞組均處于空載無輸出狀態(tài)。例如，當(dāng)風(fēng)力在額定 風(fēng)速范圍時(shí)，“II”組整流開關(guān)組被選通而其它整流開關(guān)組被關(guān)閉，蓄電池得到的充電能量來自 發(fā)電機(jī)輸出端；當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速致使風(fēng)機(jī)輸出端電壓低于20v時(shí)，“12”整流開關(guān)組被 選通而其他蒸餾開關(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(jī)輸出端電壓低于16. 3v時(shí)“13”整流開關(guān)組被選通而其他整流開關(guān)組被關(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(jī)輸出端電壓低于 14v時(shí)，“ 14”整流開關(guān)組被選通，此時(shí)蓄電池得到的充電能量來自繞組“B4”的輸出端。只 需通過變壓器二次繞組與可控整流開關(guān)的配合，即可使電池在任意有效風(fēng)速范圍內(nèi)都處于 充電狀態(tài)。系統(tǒng)中的變壓器原邊線圈Bl始終處于閉合且存在空載損耗的狀態(tài)，因此風(fēng)機(jī)輸 出端不會(huì)出現(xiàn)虛假電壓，因而把風(fēng)機(jī)輸出端電壓作為判斷風(fēng)速大小的物理信號(hào)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(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(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 為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器包括多繞組輸出變壓器，多路可控整流開關(guān)組和選通控制盒；所述多繞組輸出變壓器的輸入端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端相接，所述多繞組輸出變壓器的各二次繞組分別與對(duì)應(yīng)的可控整流開關(guān)組連接，可控整流開關(guān)組的輸出端與蓄電池正極母線和直流負(fù)載相連接，負(fù)極與蓄電池負(fù)極母線相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述多 繞組輸出變壓器的原邊接有帶報(bào)警接點(diǎn)的三相電壓檢測儀表；所述三相電壓檢測儀表輸出 端連接選通控制盒；所述選通控制盒的多線輸出端連接各可控整流開關(guān)組的控制極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述三 相電壓檢測儀表是電壓變換器、電壓互感器或帶極限輸出接點(diǎn)的電壓表。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所 述多繞組輸出變壓器的副邊為多繞組輸出，采用工頻或低頻的鋁芯、銅芯電力變壓器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述多 路可控整流開關(guān)組是可控硅、IGBT、IPM、或三級(jí)管電力電子器件或模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所 述選通控制盒是具有計(jì)算、比較、和控制輸出功能的單片機(jī)、工控機(jī)、計(jì)算機(jī)或PLC智能控 制儀器或設(shè)備。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種寬風(fēng)速二次可控?zé)o觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器。包括多繞組輸出變壓器，多路可控整流開關(guān)組和選通控制盒；多繞組輸出變壓器的輸入端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端相接，多繞組輸出變壓器的各二次繞組分別與對(duì)應(yīng)的可控整流開關(guān)組連接，可控整流開關(guān)組的輸出端與蓄電池正極母線和直流負(fù)載相連接，負(fù)極與蓄電池負(fù)極母線相連接。本實(shí)用新型能夠根據(jù)基本風(fēng)速的大小改變風(fēng)能存儲(chǔ)路徑、使整流輸出電壓在寬風(fēng)速范圍內(nèi)滿足風(fēng)能存儲(chǔ)條件，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的蓄電池始終處于充電狀態(tài)，保證風(fēng)機(jī)葉片所吸收的低于額定值的絕大部分有效風(fēng)能都可以被接收和儲(chǔ)存，從而提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)利用效率，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)容易、體積小、成本低，便于推廣。
文檔編號(hào)H02M7/12GK201699469SQ20092001502
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日
發(fā)明者孫毅彪 申請(qǐng)人:孫毅彪