基于测风塔的可调节风电测风系统的制作方法

本发明涉及风电领域，尤其涉及基于测风塔的可调节风电测风系统领域。

背景技术：

在风电领域中，一定得风速下，存在一个最佳的发电机转速使得系统捕获的风能最大，但是，由于风速是随时变化的，导致风轮转数和发电机转数的变化，无法使发电机维持在最佳转数，获得最大发电效率。双叶轮风力发电机却没有上述缺陷，其具有更好的风能利用效率，已经逐渐显示出替代单叶轮风力发电机的潜力。但是现有的双叶轮风力发电机的维护成本较高，结构较为复杂，风能利用率也不够高，需要继续进行结构上的优化。

此外，已有的风力发电机不能根据风向的调整进行方向调节，有的只能被动调整旋转叶片的角度，使得风能不能得到有效的利用，特别是在海洋、海岛上设置的风电场，海洋气候多变，风向变化频繁，双叶轮风力发电机相比于单叶轮风机虽然能够根据风速大小调节对应的叶轮，但是面对大角度的风向改变，发电效率还是会大大降低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于测风塔的可调节风电测风系统，通过在可调平台上安装智能测风仪设备，从而能够对风力发电机的方向进行调整，提高风能利用率。

本发明由如下技术方案实施：

本发明提供了一种基于测风塔的可调节风电测风系统，包括：

双叶轮风力发电机，测风塔和远程控制中心；所述测风塔上设置有可调平台，所述可调平台上设置测风设备，用于测量环境数据；所述双叶轮风力发电机设置在所述可调平台上，所述双叶轮风力发电机与所述测风设备控制连接，所述测风设备基于所述测风塔测得的风向，控制所述双叶轮风力发电机通所述可调平台进行方向调节；所述测风设备通过内部设置的无线传输模块将测得的环境数据向远程控制中心发送。

进一步的，

所述测风塔包括基座、底板和塔架，所述底板设置在所述基座上，所述塔架固定设置在所述底板上；

所述塔架上部安装能够自动旋转的可调平台，所述可调平台上安装测风设备。

进一步的，

所述测风设备包括风速仪、风向仪、温度计、气压计、数据采集器、蓄电池、太阳能电池板、第一无线ap、第二无线ap和控制芯片；

所述风速仪、风向仪、温度计和气压计经过所述数据采集器与所述控制芯片连接，所述第一无线ap与所述第二无线ap连接，所述第一无线ap与所述控制芯片连接，所述蓄电池为所述测风设备提供电源，所述太阳能电池板与所述蓄电池连接，为所述蓄电池充电；

所述风速仪、风向仪、温度计和气压计用于测量环境数据，所述数据采集器将所述测量的环境数据通过通信接口传输至所述控制芯片，所述控制芯片对所述测量的环境数据进行转换后传输至所述第一无线ap，所述第一无线ap通过wifi信号传输至所述第二无线ap，所述第二无线ap将测量的环境数据传输至远程控制中心。

进一步的，所述蓄电池与第一无线ap之间，还依次连接逆变器和电源适配器，所述逆变器将所述蓄电池的直流电转换为交流电后，经所述电源适配器转换为适用于所述第一无线ap的直流电。

进一步的，所述基座外侧周围安装多个定位桩。

进一步的，所述定位桩上部安装振动棒。

进一步的，还包括指示灯，所述指示灯设置在所述塔架上，用于指示测风塔的位置。

进一步的，

所述双叶轮风力发电机包括：一级叶轮、二级叶轮和叶轮转速合并机构；

所述叶轮转速合并机构具有第一输入轴、第二输入轴、第一输出轴和第二输出轴，所述一级叶轮与所述第一输入轴驱动连接，所述二级叶轮与所述第二输入轴驱动连接，所述第一输出轴通过第一离合器与第一发电机的输入轴驱动连接，所述第二输出轴通过第二离合器与所述第二发电机的输入轴驱动连接；

所述一级叶轮与所述二级叶轮同轴连接，所述一级叶轮的叶片长度大于所述二级叶轮的叶片长度，且工作时的旋转方向相反，所述一级叶轮位于所述二级叶轮的前方；

所述叶轮转速合并机构包括同轴设置的太阳轮、齿圈和行星架，所述行星架上设有多个行星轮，所述齿圈设有内齿和外齿，所述行星轮啮合在所述齿圈的内齿和所述太阳轮之间，所述第一输入轴设有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述齿圈的外齿啮合，所述第二输入轴与所述太阳轮的转轴连接，所述行星架的转轴通过中间轴与输出轴驱动连接，所述输出轴的一端形成所述第一输出轴，另一端形成所述第二输出轴；

当风速小于第一阈值时，对一级叶轮和二级叶轮的叶片进行变桨，使一级叶轮停止发电状态，二级叶轮处于旋转发电状态，第一离合器处于啮合状态，第二离合器出去分离状态；

当风速不小于第一阈值且不大于第二阈值时，对一级叶轮和二级叶轮的叶片进行变桨，使一级叶轮和二级叶轮均处于旋转发电状态，第一离合器处于啮合状态，第二离合器处于分离状态；

当风速大于第二阈值时，一级叶轮和二级叶轮均处于旋转发电状态，第一离合器和第二离合器均处于啮合状态。

本发明的优点：

1、通过在可调平台上安装智能测风仪设备，能够对风力发电机的方向进行调整，提高风能利用率。

2、在测风设备中设置无线通信功能，将采集到的数据实时传输到远程控制中心。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一所提供的一种基于测风塔的可调节风电测风系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一所提供的一种基于测风塔的可调节风电测风系统的测风设备的内部结构示意图；

图3为本发明实施例二所提供的一种基于测风塔的可调节风电测风系统的双叶轮风力发电机的叶轮转速合并机构的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1示出了本发明实施例所提供的一种基于测风塔的可调节风电测风系统；如图1所示，该基于测风塔的可调节风电测风系统，包括：

双叶轮风力发电机1，测风塔和远程控制中心；

测风塔上设置有可调平台3，可调平台3上设置测风设备4，用于测量环境数据；其中，环境数据包括风速数据，风向数据、温度数据、气压数据等；通过测风设备4测得的数据，可通过远程控制中心对大气数据进行进一步分析。

双叶轮风力发电机1设置在可调平台3上，双叶轮风力发电机1与测风设备4控制连接，测风设备4控制基于测风塔测得的风向，控制双叶轮风力发电机1通可调平台3进行方向调节；此时只需要对可调平台3进行调节即可调节双叶轮风力发电机1的方向，不需对发电机进行结构上的改造，结构简单方便，便于实现。

测风设备4通过内部设置的无线传输模块将测得的环境数据向远程控制中心发送。

本发明提供的测风塔，其技术方案为：包括双叶轮风力发电机1，测风塔和远程控制中心；测风塔上设置有可调平台3，可调平台3上设置测风设备4，用于测量环境数据；双叶轮风力发电机1设置在可调平台3上，双叶轮风力发电机1与测风设备4控制连接，测风设备4控制基于测风塔测得的风向，控制双叶轮风力发电机1通可调平台3进行方向调节；测风设备4通过内部设置的无线传输模块将测得的环境数据向远程控制中心发送。

本发明提供的基于测风塔的可调节风电测风系统，通过在可调平台3上安装智能测风仪设备，能够对风力发电机的方向进行调整，提高风能利用率。

具体地，测风塔包括测风塔的基座，底板5和塔架2，底板5设置在基座上，塔架2固定设置在底板5上；

塔架2上部安装可调平台3，可调平台3为自动旋转结构，可调平台3上安装测风设备4。

参见图2，具体地，测风设备4包括风速仪41、风向仪42、温度计43、气压计44、数据采集器45、蓄电池46、太阳能电池板47、第一无线ap48、第二无线ap49和控制芯片410；

风速仪41、风向仪42、温度计43和气压计44经过数据采集器45与控制芯片410连接，第一无线ap48与第二无线ap49连接，第一无线ap48与控制芯片410连接，蓄电池46为测风设备4提供电源，太阳能电池板47与蓄电池46连接，为蓄电池46充电；

风速仪41、风向仪42、温度计43和气压计44用于测量数据，数据采集器45将测量数据通过通信串口传输至控制芯片410，控制芯片410对测量数据进行转换后传输至第一无线ap48，第一无线ap48通过wifi信号传输至第二无线ap49，第二无线ap49将测量数据传输至远程控制中心。

其中，可调平台3为现有技术中的可实现自动旋转的结构，可调平台3与塔架2的连接处为可旋转结构，塔架2上部可安装驱动装置，可旋转结构由驱动装置驱动旋转，由测风设备4中的控制芯片410根据测得的风向数据，向驱动装置发送信号，驱动装置接到信号后驱动可调平台3旋转一定角度，实现对双叶轮风力发电机1的旋转。

优选地，蓄电池46与第一无线ap48之间，还依次连接逆变器411和电源适配器412，逆变器411将蓄电池46或太阳能电池板47的直流电转换为交流电后，经poe适配器转换为第一无线ap48适合的直流电。

优选地，基座为方形，基座外侧周围安装多个定位桩6。

定位桩6设置越多，测风塔的固定强度越高。在达到较好的固定效果的情况下，制作成本的高低是选择定位桩6的主要依据。设置定位桩6使测风塔具有稳固性好，抗风浪、抗撞能力强的优点。

优选地，定位桩6上部安装振动棒。

本发明的测风塔特别适用于软质海底，当测风塔安装在软质海底时，定位桩6上部安装振动棒，便于将定位桩6在振动状态下打入海底，这种方案施工方法简单，在达到牢固性、支撑强度较好的情况下降低了施工成本。

优选地，还包括指示灯，指示灯设置在塔架2上，与测风设备4的控制芯片410连接。设置指示灯，便于夜间标记测风塔的位置。

优选地，塔架2采用金属管制作，金属管内充满混凝土。

实施例二

本实施例提供了一种适用于上述基于测风塔的可调节风电测风系统的双叶轮风力发电机1，本实施例所提供的双叶轮风力发电机1具有更加优化的叶轮驱动结构，风能利用率更高，可维护性更好。

该双叶轮风力发电机1，包括：一级叶轮001、二级叶轮002和叶轮转速合并机构；所述叶轮转速合并机构具有第一输入轴310、第二输入轴320、第一输出轴430和第二输出轴420，所述一级叶轮001与所述第一输入轴310驱动连接，所述二级叶轮002与所述第二输入轴320驱动连接，所述第一输出轴430通过第一离合器与第一发电机的输入轴驱动连接，所述第二输出轴420通过第二离合器与所述第二发电机的输入轴驱动连接。

所述一级叶轮001与所述二级叶轮002同轴连接，所述一级叶轮001的叶片长度大于所述二级叶轮002的叶片长度，且工作时的旋转方向相反，所述一级叶轮001位于所述二级叶轮002的前方。

工作时，气流先通过一级叶轮001，再通过二级叶轮002，二级叶轮002的直径小于一级叶轮001，因此，二级叶轮002工作所需的最低风速也小于一级叶轮001。为了增加机头工作时的稳定性，一级叶轮001与二级叶轮002的转动方向相反，从而抵消扭矩。

其中，叶轮转速合并机构能够将一级叶轮001和二级叶轮002的转速合并，从而获得更大的输出转速，驱动发电机工作，从而有效利用剩余风能，提高发电效率。

所述叶轮转速合并机构包括同轴设置的太阳轮510、齿圈520和行星架530，所述行星架530上设有多个行星轮540，所述齿圈520设有内齿和外齿，所述行星轮540啮合在所述齿圈520的内齿和所述太阳轮510之间，所述第一输入轴310设有驱动齿轮550，所述驱动齿轮550与所述齿圈520的外齿啮合，所述第二输入轴320与所述太阳轮510的转轴连接，所述行星架530的转轴通过中间轴006与输出轴驱动连接，所述输出轴的一端形成所述第一输出轴430，另一端形成所述第二输出轴420。

例如，太阳轮510的转速为n1，齿圈520的转速为n2，行星架530的转速为n3，齿圈520内齿和太阳轮510的齿数比值为a，n3＝(n1+a*n2)/(1+a)。从而实现转速和力矩的叠加。

在一个示例中，一级叶轮的叶片长度75m，二级叶轮的叶片长度35m。在一个发电机工作的情况下，且当仅有一级叶轮工作时，风机的启动风速4m/s，额定风速15m/s，安全风速25m/s，额定功率3mw，当仅有二级叶轮工作时，风机的启动风速3m/s，额定风速10m/s，安全风速25m/s，额定功率1.5mw。

由于低风速工作中，第一叶轮工作中的能量损耗较大，且功率低，为了使该风力发电机能够适应较大范围的风速，有效利用风资源，上述风力发电机的控制中涉及两个阈值，第一阈值为6m/s，第二阈值为10m/s。

具体控制方法如下：获得风速，当风速小于第一阈值时，对一级叶轮001和二级叶轮002的叶片进行变桨，使一级叶轮001停止发电状态，二级叶轮002处于旋转发电状态，第一离合器处于啮合状态，第二离合器处于分离状态。从而在低风速时启动风机进行发电，并减小风机发电过程中的内耗，提高发电效率。

当风速不小于第一阈值且不大于第二阈值时，对一级叶轮001和二级叶轮002的叶片进行变桨，使一级叶轮001和二级叶轮002均处于旋转发电状态，第一离合器处于啮合状态，第二离合器处于分离状态。从而通过第一叶轮进行高功率发电，并通过第二叶轮有效利用剩余风能。在该模式下，风机的最大功率能够达到4mw。

当风速大于第二阈值时，一级叶轮001和二级叶轮002均处于旋转发电状态，第一离合器和第二离合器均处于啮合状态。风速较大超过单台发电机所需的额定风速10m/s时，利用两台发电机同时发电，可达到最大发电功率为8mw，能够有效利用风能，提高发电功率，且不会增加叶轮的直径，避免叶片太长，增加制造、运输、和安装维护成本。

由于一级叶轮001的直径较大，当风力小于第一阈值时无法驱动一级叶轮001转动，因此调节一级叶轮001的桨叶，减小迎风面积，使气流经过一级叶轮001，直接驱动二级叶轮002转动，且为了减小启动风速，第二离合器处于分离状态，仅第一发电机工作。

当风力增大到第一阈值和第二阈值时，第一叶轮也开始转动，并通过第二叶轮有效利用剩余风能，第一叶轮和第二叶轮的转速经叶轮转速合并机构叠加后驱动第一发电机工作。

当风力继续增大到大于第二阈值后，由于叶轮的转速不能无限提升，但驱动力提高，将第二离合器啮合，同时驱动第一发电机和第二发电机发电，提高发电效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。