风力发电设备及系统的制作方法

本发明涉及发电系统领域，特别涉及一种风力发电设备及系统。

背景技术：

随着经济的发展，人们对能源的需求将会越来越大，目前又以石油等燃料能源为主，但石油作为不可再生的能源，其使用成本会逐渐增大，因此在工业或产品使用中如何提高石油等燃料能源的利用率，降低总体使用成本，将是人们一直关注的重点。

在偏远的山区、孤岛等国家电网尚未覆盖的区域和电力网以柴油发电为主的国家，它们的电力供应依靠柴油发电机组，对石油资源的需求量大。目前市面上的柴油发电机组燃料利用率不高，只有将近35％的能源转化为电能供用户使用，近30％以上的能源被发电机组冷却系统及排气尾气消耗和浪费掉，例如冷却系统中散热风扇做功、排气尾气等。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述能源利用率不高的问题，提供一种进行能源二次利用的风力发电设备。

还有必要提供一种带有该风力发电设备的风力发电系统。

一种风力发电设备，其包括：

动力组件；

风力发电装置，与所述动力组件连接，用于将所述动力组件的机械能转换为电能；

整流器，与所述风力发电装置连接；

第一电流转换器与第二电流转换器，均与所述整流器连接；

蓄电池，与所述第一电流转换器连接；

逆变器，与所述第二电流转换器连接；

负载端，与所述逆变器连接；以及

风力发电监控器，包括电源输入端及电路分配单元；所述电源输入端与所述蓄电池电连接，所述电路分配单元用于当所述负载端连接负载时控制导通所述整流器与所述第一电流转换器以及所述整流器与所述第二电流转换器之间的电连接。

在其中一个实施例中，所述风力发电设备包括增速器，所述动力组件包括第一传动轴及周向设置于所述第一传动轴外周的叶片，所述第一传动轴远离所述叶片的一端周向形成有第一齿牙；所述增速器包括与所述第一传动轴同轴设置的第二传动轴，所述第二传动轴与所述第一传动轴连接的一端周向形成有与所述第一齿牙啮合的第二齿牙，所述第一齿牙的数量大于所述第二齿牙的数量。

在其中一个实施例中，所述风力发电设备包括机械制动保护装置及转速检测单元，所述机械制动保护装置连接于所述风力发电监控器与所述第二传动轴之间，用于中断所述第一传动轴与所述第二传动轴之间的动力传输，所述电路分配单元用于当所述转速检测单元检测的所述第二传动轴的转速达到额定转速时控制所述机械制动保护装置断开工作。

在其中一个实施例中，所述风力发电设备包括功率可调的泄能负载，所述泄能负载连接于所述风力发电装置与所述风力发电监控器之间，所述风力发电监控器包括负载检测单元及蓄电池电量检测单元，所述电路分配单元用于当所述负载检测单元检测到所述负载端未接入负载且所述蓄电池电量检测单元检测到所述蓄电池电量大于或等于预设电量值时控制导通所述风力发电装置与所述泄能负载之间的电连接。

在其中一个实施例中，所述电路分配单元还用于当所述负载检测单元检测到所述负载端未接入负载且所述蓄电池电量检测单元检测到所述蓄电池电量小于所述预设电量值时控制导通所述整流器与所述第一电流转换器之间的电连接。

一种风力发电系统，其包括上述的风力发电设备及用于为所述风力发电设备提供动力的发电机组。

在其中一个实施例中，所述风力发电系统包括其内由分隔板隔离形成工作腔与排气腔的腔体，所述发电机组装配于所述工作腔内，所述风力发电设备装配于所述排气腔内；所述发电机组包括机体及设置于所述机体上的散热器，所述分隔板上开设有排气窗，所述散热器通过所述排气窗与所述动力组件正对。

在其中一个实施例中，所述腔体位于所述分隔板相对的两端分别开设有进风口及出风口，所述进风口与所述工作腔连通，所述出风口与所述排气腔连通。

在其中一个实施例中，所述蓄电池还用于与所述发电机组的启动端电连接。

在其中一个实施例中，所述发电机组为柴油发电机组。

本发明风力发电设备和风力发电系统中，在常规发电机组(即本实施例中柴油发电机组)基础上，通过利用发电机组运行时产生的机械能转换为电能，进行二次发电，实现对发电机组的能源的二次利用，提高能源利用率。同时，设置于风力发电设备中蓄电池在利用风力发电装置转换形成的电能重新对风力发电装置中风力发电监控器进行供电，实现能源的充分利用。

附图说明

图1为本发明一实施例中风力发电系统的结构示意图；

图2为图1所示风力发电监控器的模块示意图；

图3为图1所示风力发电系统的模块示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明较佳实施例中，风力发电设备100与发电机组200配合，用于将发电机组200提供的机械能转换为电能，以实现对发电机组200能源的二次利用，提高能源利用率。其中，风力发电设备100包括动力组件11、风力发电装置12、整流器13、第一电流转换器14、第二电流转换器15、蓄电池16、逆变器17、负载端18以及风力发电监控器19。

请一并参看图2，风力发电装置12与动力组件11连接，用于将动力组件11的机械能转换为电能。整流器13与风力发电装置12连接，用于将风力发电装置12输出的不稳定交流电进行滤波及整合，以输出直流电源。第一电流转换器14和第二电流转换器15均与整流器13连接，且蓄电池16与第一电流转换器14连接，逆变器17与第二电流转换器15连接，负载端18与逆变器17连接。第一电流转换器14和第二电流转换器15分别用于将整流器13输出的不定电压直流电源转换为与蓄电池16和逆变器17匹配的指定电压的稳定直流电源，逆变器17用于将指定电压的直流电源转换为外接于负载端18上负载需求的交流电源，以对负载进行供电。风力发电监控器19包括电源输入端191及电路分配单元192，电源输入端191与蓄电池16电连接，以通过蓄电池16对风力发电监控器19直接供电。电路分配单元192用于当负载端18连接负载时控制导通整流器13与第一电流转换器14以及整流器13与第二电流转换器15之间的电连接，使得由风力发电装置12输出的交流电经整流器13整流后，分成两路进行供电。

其中，一路为通过第一电流转换器14转换为指定电压的稳定直流电源输出至蓄电池16，蓄电池16可进行能量存储，且/或者对风力发电监控器19进行供电；另一路为通过第二电流转换器15转换为指定电压的稳定直接电源并经逆变器17转换为负载端18上负载需求的交流电源，以对负载进行供电。

请参看图3，具体地，动力组件11包括第一传动轴110及周向设置于第一传动轴110外周的叶片112，第一传动轴110远离叶片112的一端周向形成有第一齿牙(图未示)。同时，风力发电设备100包括连接于第一传动轴110与风力发电装置12之间的增速器20。增速器20包括与第一传动轴110同轴设置的第二传动轴201，第二传动轴201与第一传动轴110连接的一端周向形成有与第一齿牙啮合的第二齿牙(图未示)，且第一齿牙的数量大于第二齿牙的数量。如此，在本具体实施例中，发电机组200为柴油发电机组，柴油发电机组的排气风力带动叶片112转动，叶片112连接的第一传动轴110经增速器20将转速提升到某额定转速后带动风力发电装置12进行工作，即增速器20用于将叶片112转动时输出的不稳定动力转换为稳定的额定高转速动力，以使排气风力带动叶片112转动的动力可以满足发电要求。

可以理解地，在其它一些实施例中，增速器20亦可为与动力组件11配合的其它结构的增速器，只需要实现将动力组件11的不稳定动力转换为满足风力发电装置12发电要求的稳定的额定高转速动力即可，在此不作限定。

进一步地，风力发电设备100包括机械制动保护装置21，机械制动保护装置21连接于风力发电监控器19与第二传动轴201之间，用于当突发情况下中断第一传动轴110与第二传动轴201之间的动力传输，即中断风力发电装置12的动力。在本具体实施例中，机械制动保护装置21用于将相互啮合的第一齿牙与第二齿牙相互分离，以中断第一传动轴110与第二传动轴201之间的动力传输。可以理解地，在其它一些实施例中，亦可采用其它方式中断第一传动轴110与第二传动轴201之间的动力传输，例如直接抱死第一传动轴110与第二传动轴201，使第一传动轴110无法在发电机组200提供的动力下转动亦可，在此不作限定。

请一并参看图2与图3，进一步地，风力发电监控器19包括转速检测单元193、负载检测单元194以及蓄电池电量检测单元195。其中，转速检测单元193用于检测第二传动轴201的转速是否达到满足发电需求的额定转速，负载检测单元194用于检测负载端18是否接入负载，蓄电池电量检测单元195用于检测蓄电池16的当前电量。

其中，当发电机组200正常运行工作时，转速检测单元193检测到风力满足发电要求时(即通过检测第二传动轴201的转速是否达到额定转速)，控制机械制动保护装置21断开工作，以保证第一传动轴110与第二传动轴201之间的动力传输。风力发电监控器19可根据蓄电池16的当前电量以及负载端18的情况自动进行以下几种电路切换与分配。

第一种：风力发电设备100还包括功率可调的泄能负载22，泄能负载22连接于风力发电装置12与风力发电监控器19之间。当负载检测单元194检测到负载端18未接入负载且蓄电池电量检测单元195检测到蓄电池16的电量大于或等于预设电量值时(即此时蓄电池16的电量不在充电范围内)，电路分配单元192控制导通风力发电装置12与泄能负载22之间的电连接，以将风力发电装置12产生的电能通过泄能负载22进行消耗。

在本具体实施例中，蓄电池16的预设电量值为75％，即当蓄电池16的当前电量大于或等于75％时，则蓄电池16不在充电范围内；而当蓄电池的当前电量小于75％时，则蓄电池16需要进行充电。可以理解地，在其它一些实施例中，预设电量值可以根据需要而定，例如50％亦可，在此不作限定。

第二种：当负载检测单元194检测到负载端18接入负载时，电路分配单元192断开风力发电装置12与泄能负载22之间的电连接，且控制导通整流器13与第一电流转换器14以及整流器13与第二电流转换器15之间的电连接，使得由风力发电装置12输出的交流电经整流器13整流后，分别对蓄电池16及负载进行供电。其中，当蓄电池电量检测单元195检测到蓄电池16的电量大于或等于预设电量值时(即此时蓄电池16的电量不在充电范围内)，蓄电池16直接对风力发电监控器19进行供电；而当蓄电池电量检测单元195检测到蓄电池16的电量小预设电量值时(即此时蓄电池16的电量在充电范围内)，由风力发电装置12输出的交流电经整流器13整流后对蓄电池16进行充电，且同时蓄电池16保持对风力发电监控器19进行供电。

第三种：当负载检测单元194检测到负载端18未接入负载且蓄电池电量检测单元195检测到蓄电池16的电量小预设电量值时(即此时蓄电池16的电量在充电范围内)，由风力发电装置12输出的交流电经整流器13整流后对蓄电池16进行充电。

请参看图3，本发明还提供一种风力发电系统300，其包括上述的风力发电设备100及用于为风力发电设备100提供动力的发电机组200。其中，风力发电系统300包括其内由分隔板31隔离形成工作腔330与排气腔332的腔体33，发电机组200装配于工作腔330内，风力发电设备100装配于排气腔332内。发电机组200包括机体201及设置于机体上的散热器203，分隔板31上开设有排气窗310，散热器通过排气窗310与动力组件11正对，如此使得发电机组200工作时产生的风力可通过排气窗310排出并为动力组件11提供动力，以通过动力组件11与风力发电装置12的配合将机械能转换为电能，实现对发电机组200能源的二次利用，提高能源利用率。

在本具体实施例中，发电机组200为柴油发电机组，柴油发电机组的排气风用于为动力组件11提供动力。可以理解地，在其它一些实施例中，发电机组200亦可为其它动力源，在此不作限定。

进一步地，发电机组200包括设置于机体201上的排气管205，腔体33位于分隔板31相对的两端分别开设有进风口334及出风口336。进风口334与工作腔330连通，且出风口336与排气腔332连通，以保证整个腔体33与外部气压的平衡。排气管205贯穿分隔板31且位于排气窗310的上方，以将通过排气腔332以及出风口336将发电机组200的气体排出。

更进一步地，蓄电池16还用于与发电机组200的启动端电连接，用于直接为发电机组200提供启动电源。也就是说，本发明中，蓄电池16分别与风力发电监控器19和发电机组200连接，以实现利用风力发电装置12将发电机组200的机械能转换形成的电能重新对风力发电装置12及发电机组200进行供电，实现能源的充分利用。

本发明风力发电设备100和风力发电系统300中，在常规发电机组200(即本实施例中柴油发电机组)基础上，通过利用发电机组200运行时产生的机械能转换为电能，进行二次发电，实现对发电机组200的能源的二次利用，提高能源利用率。同时，设置于风力发电设备100中蓄电池16在利用风力发电装置12转换形成的电能重新对风力发电装置12中风力发电监控器19进行供电，实现能源的充分利用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。