专利名称：宽风速一次可控无触点式风能吸收器的制作方法
技术领域：
宽风速一次可控无触点式风能吸收器
技术领域：
本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及宽风速一次可控无触点式风能吸收器。
背景技术：
目前，国内外市场上可见的大中型(百KW以上)风力发电系统多为并网系统，中 小型风力发电系统一般独立运行。在风力发电系统中，由于风力大小在任意长短的时间段 都在变，风机所吸收和输出的功率(能量)是一个时刻变化的量，即风力发电机输出端口的 电压(指闭路电压)的频率和幅值均是不断变化的量。因此其输出端很难直接带恒定负载 或并入电网。在并网的风力发电系统中，其风能转化的电能在并网前不但要做整流、逆变、 平波、升压等电气方面的技术处理，还要对叶片的速度和速率加以控制、对系统进行增速或 减速等较复杂的技术处理。在独立运行的中小风力发电系统中，一般将风力发电机输出的 能量进行整流，再把整流后的脉动直流能量储存入蓄电池，直流负载直接由蓄电池供电，交 流负载则由蓄电池通过逆变装置供电。这就是目前中小型风力发电系统的标准供用电模 式。在这种通用的模式中，最常见的弊端是风能利用系数小，可利用的风速范围很窄。高速 风能得到利用则低速风能被浪费，低速风能被利用则高速风能必有一部分被浪费。特别是 中低速风能被浪费现象十分严重，以至于收不到风力发电的预期效果。以图1为例说明如 下如"图l"所示、风力发电机输出电压标称值为48V，在额定风速(7-8级)下整流器输 入交流脉动三相电压为48-50V(线电压)左右，整流输出直流为64. 5-67. 5V左右，被充电 电池组电压为5X12 = 60V。只有当风力为7-8级风速左右时，整流器输出闭路电压才能 略高于电池组端电压(60V)，使电池处于被充电状态，风能可通过整流器随时储存于电池组 E和电容C之中。当风力为6级及以下时，发电机闭路脉动端电压将低于47V，此时整流器 输出直流端电压将低于63V，只能给亏电的电池组作微充电。当风力为5级及以下时，整流 器直流输出电压将低于55V，风力为4级及以下时，直流侧输出会更低(45V以下)，在直流 输出电压等于或低于电池组端电压的情况下，风能将无法给蓄电池充电，即风能无法存储 于电池内，当然也无法供60V及以上电压等级的负载或装置使用，因此，此时的风力发电机 形同虚设。风能全部消耗于机械系统的磨损和飞转与风力的磨损运动中，不但浪费了唾手 可得的风能，还置风力发电机于破坏性飞转的危险之中，或者是使发电机不停的处于耗能 制动的限速过程中，即使不引起风力发电机故障，也会大大降低发电机使用寿命。就技术而 言，虽然可以通过DC/DC电源使整流电压升高，以保证电池处于充电状态，但在DC/DC电源 内部不但存在整流、高频逆变、交流升压和可控再整流等能量损失，而且在整流过程中的限 压输出还直接抑制了较高风速的能量利用，使高风速能量的一大部分消耗于能耗制动的过 程中，因而使系统利用系数明显降低，故在实用中没有得到推广。
实用新型内容
本实用新型的目的是即克服上述不足问题，提供一种宽风速一次可控无触点式风 能吸收器。该装置能够根据基本风速改变风能存储路径、使整流环节的直流输出电压始终满足充电条件，使风力发电机系统的蓄电池始终处于充电状态，即保证风机叶片所吸收的 绝大部分有效风能都可以被接收和储存，从而提高风力发电机的系统利用效率。这种装置 结构简单、实现容易、体积小、成本低，便于推广。 为了达到上述目的，本实用新型提供了一种宽风速一次可控无触点式风能吸收 器。所述宽风速一次可控无触点式风能吸收器包括多绕组输入变压器、多路交流无触点 开关、整流器、电压检测仪表及选通控制盒；所述多绕组输入变压器的原边各绕组通过交流 无触点开关与风力发电机输出端同相并接，所述多绕组输入变压器的二次绕组与整流器连 接，所述整流器的正负极输出端分别与蓄电池和直流负载相连接；所述电压检测仪表输入 端与风力发电机输出端线连接，所述电压检测仪表输出端连接选通控制盒，所述选通控制 盒输出端连接交流无触点开关控制极和整流器。 根据本实用新型所述的宽风速一次可控无触点式风能吸收器一优选技术方案是
所述电压检测仪表，采用电压变换器、电压互感器或带极限输出接点的电压表。 根据本实用新型所述的宽风速一次可控无触点式风能吸收器一优选技术方案是
所述选通开关盒是具有计算、比较和控制输出功能的单片机或工控机或计算机或PLC智能
控制仪器或设备。 根据本实用新型所述的宽风速一次可控无触点式风能吸收器一优选技术方案是
所述多绕组输入变压器是工频或低频的铝芯、铜芯特殊或普通电力变压器。 根据本实用新型所述的宽风速一次可控无触点式风能吸收器一优选技术方案是
所述多路交流无触点开关是可控硅或IGBT或IPM电力电子器件或模块。 根据本实用新型所述的宽风速一次可控无触点式风能吸收器一优选技术方案是 所述整流器是二极管或三级管或可控硅或IGBT或IPM电力电子器件或模块。 本实用新型的有益的技术效果是加装本实用新型产品的风力发电系统当实际风 速接近额定风速范围时，风机输出电压直接整流；当实际风速偏离额定风速范围时，通过改 变原边绕组升压后整流、充电。即拓宽了可利用风速的范围，提高了风力发电机的利用系 数，又避免了风力发电机因空载而飞转的危害。实践已证明效果极佳。
图1为现有的小型风力发蓄电系统能量吸收、转换、存储和输送的原理电路图。 图2为本实用新型实施例的宽风速一次可控无触点式风能吸收器的小型风力发 蓄电系统能量吸收、转换、存储和输送的原理示意图。 图3为本实用新型实施例的宽风速一次可控无触点式风能吸收器的多绕组输入 变压器原边为4组绕组的小型风力发电系统能量吸收、转换、存储和输送的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。 请参照图2，图2为本实用新型实施例的宽风速一次可控无触点式风能吸收器的 小型风力发蓄电系统能量吸收、转换、存储和输送的原理示意图。 本实施例中，在风力发电机输出端与蓄电池之间增设一套"宽风速一次可控无触 点式风能吸收器"，由一台多绕组(原边)输入、单绕组输出的电力变压器、一组多回路交流无触点开关、一个智能型选通控制盒(如图2所示)和一套电压监测仪表组成。变压器原边 各绕组通过交流无触点开关同相并联于风力发电机输出端线，副边绕组连接整流器，整流 器输出连接蓄电池及负载。各交流无触点开关的控制极与智能型选通控制盒相接，智能型 选通控制盒的输入信号取自电压检测仪表，电压检测仪表可以设在发电机输出端，也可以 设在二次绕组输出端。由智能型选通控制盒根据检测到的电压(即风速)值控制各无触点 开关组的通断，即变压器原边各绕组的输出与否受控制盒控制。当风速大于或等于额定风 速时，变压器工作于直接传递能量状态，发电机输出端线直接通过对应的无触点交流开关 组和整流器对电池和负载供电。当风速小于额定风速时，风力发电机在选通控制盒的控制 下，通过对应的升压绕组向副边传送能量，副边接收的能量通过整流器传递给电池和负载。 其中，所述多绕组输入的电力变压器是具有多变比输入的电力变压器，其副边线 圈为单绕组，原边每个绕组的匝数对副边线圈的匝数比不同，通过选通不同的绕组可得到 不同值的副边电压。 其中，所述交流无触点开关组是指可控硅或IGBT或IPM等电力电子类器件或模 块(包括三级管、GTR、 GT0、 P-M0SFET、 IGCT等)。 其中，所述整流器为现代电力电子类无触点开关，系指可控硅或IGBT或IPM等电 力电子器件或模块(包括二极管、三级管、GTR、 GT0、 P—M0SFET、 IGCT等)。 其中，所述的智能型选通控制盒是具有计算、比较和控制输出功能的单片机或工 控机或计算机或PLC等智能控制类仪器或设备。 其中，所述电压检测仪表是可以对电压信号进行检测与变换的仪表，系指电压变 送器、电压互感器、带有极限输出接点的电压检测仪表。 举例说明请参照图3，图3为本实用新型实施例的宽风速一次可控无触点式风能 吸收器的多绕组输入变压器原边为4组绕组的小型风力发电系统能量吸收、转换、存储和 输送的原理示意图。其相对于副边的变压比分别为1/1 (直通组)、1/1. 25 (B2组)、1/1. 5 (B3 组)和1/1.75(84组)。各组分别与编号相同的交流无触点开关组连接。被充电的蓄电池 电压为2xl2v = 24v。并接于蓄电池的灯具负载工作电压为24v。 风力发电机工作时，由选通控制盒根据实测得的风机输出端的电压值的大小，控 制一组无触点开关处于导通状态，其余无触点开关处于阻断状态。系统保持只有无触点 开关处于导通状态的绕组向电池注入能量并向负载供电、而其他绕组均为空载无输出的状 态。例如，当风力在额定风速范围时，选通控制盒控制无触点开关"I/'被选通而其它开关 被关闭，系统得到的整流和充电能量直接来自发电机的输出端；当风速低于额定风速致使 风机输出端电压低于20v时，无触点开关"12"被选通而其他开关组被关闭，蓄电池得到的 充电能量来自绕组"B/的输出；当风速变小致使风机输出端电压低于16. 3v时无触点开关 "13"被选通而其他开关被关闭，蓄电池得到的充电能量来自绕组'％"的输出端；同理，当风 速更小致使风机输出端电压低于14v时，无触点开关"14"被选通，此时蓄电池得到的充电 能量来自绕组B4的输出端。 系统中的变压器原边线圈中始终有一组处于闭合且存在空载损耗的状态，同时整 流器也一直处于整流接通状态，因此风机输出端不会出现虚假电压，因而电压检测仪表得 到的电压物理信号是可靠的。 以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视 为属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种宽风速一次可控无触点式风能吸收器，其特征在于所述宽风速一次可控无触点式风能吸收器包括多绕组输入变压器、多路交流无触点开关、整流器、电压检测仪表及选通控制盒；所述多绕组输入变压器的原边各绕组通过交流无触点开关与风力发电机输出端同相并接，所述多绕组输入变压器的二次绕组与整流器连接，所述整流器的正负极输出端分别与蓄电池和直流负载相连接；所述电压检测仪表输入端与风力发电机输出端线连接，所述电压检测仪表输出端连接选通控制盒，所述选通控制盒输出端连接交流无触点开关控制极和整流器。
2. 根据权利要求1所述的宽风速一次可控无触点式风能吸收器，其特征在于所述电 压检测仪表，采用电压变换器、电压互感器或带极限输出接点的电压表。
3. 根据权利要求1所述的宽风速一次可控无触点式风能吸收器，其特征在于所述选 通开关盒是具有计算、比较和控制输出功能的单片机或工控机或PLC智能控制仪器。
4. 根据权利要求1所述的宽风速一次可控无触点式风能吸收器，其特征在于所述多 绕组输入变压器是工频或低频的铝芯、铜芯特殊或普通电力变压器。
5. 根据权利要求1所述的宽风速一次可控无触点式风能吸收器，其特征在于所述多路交流无触点开关是可控硅或IGBT或IPM电力电子器件。
6. 根据权利要求1所述的宽风速一次可控无触点式风能吸收器，其特征在于所述整流器是二极管或三级管或可控硅或IGBT或IPM电力电子器件。
专利摘要本实用新型公开了一种宽风速一次可控无触点式风能吸收器。所述宽风速一次可控无触点式风能吸收器包括多绕组输入变压器、多路交流无触点开关、整流器；所述多绕组输入变压器的原边各绕组通过交流无触点开关与风力发电机输出端同相并接，所述多绕组输入变压器的二次绕组与整流器连接，所述整流器的正负极输出端分别与蓄电池和直流负载相连接。加装本实用新型产品的风力发电系统当实际风速接近额定风速范围时，风机输出电压直接整流；当实际风速偏离额定风速范围时，通过改变原边绕组升压后整流、充电。既拓宽了可利用风速的范围，提高了风力发电机的利用系数，又避免了风力发电机因空载而飞转的危害。实践已证明效果极佳。
文档编号H02J7/32GK201523254SQ200920015418
公开日2010年7月7日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者孙毅彪, 徐云胜 申请人:孙毅彪