专利名称：智能型一次可控有触点式风能吸收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电领域，特别是智能型一次可控有触点式风能吸收器。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—50 V (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。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种智能型一次可控有触点式风 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，本发明提供的一种智能型一次可控有触点式风能吸收
器。所述智能型一次可控有触点式风能吸收器包括多绕组输入变压器、多路 主开关、电压检测仪表、整流器和智能型选通控制盒；所述主开关由开关主触 点和开关线圈组成；所述多绕组输入变压器的原边各绕组通过开关主触点与风 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， 整流器的正负极输出端与蓄电池和直流负载相连接。所述电压检测仪表的输入 端与风力发电机输出端线或多绕组输入变压器的二次绕组B1输出端连接；所述
电压检测仪表的输出端连接选通控制盒，智能控制盒输出端连接开关组的线圈。 根据本发明所述的智能型一次可控有触点式风能吸收器一优选技术方案是所述电压检测仪表，采用电压变送器、电压互感器或带极限输出接点的电 压表。根据本发明所述的智能型一次可控有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等智能控制仪器或设备。根据本发明所述的智能型一次可控有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。根据本发明所述的智能型一次可控有触点式风能吸收器一优选技术方案 是所述多路主开关是继电器、接触器、启动器等可以电动控制的通断控制装 置。根据本发明所述的智能型一次可控有触点式风能吸收器一优选技术方案 是所述整流器为一般整流装置或可控整流装置，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。本发明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为现有的中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为本发明实施例的智能型一次可控有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为本发明实施例的智能型一次可控有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蓄电系统能量吸收、转换、存储和输送的 原理示意图。
具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。请参照图2，图2为本发明实施例的智能型一次可控有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"智能型一次可 控有触点式风能吸收器"，由一台多绕组(原边)输入、单绕组输出的电力变压 器、 一组多回路主开关(由开关主触点和开关线圈构成)、 一个智能型选通控制 盒、 一组可控整流器和一套电压监测仪表组成(如图2所示)。变压器原边各绕 组通过相应的开关主触点同相并联于风力发电机输出端，副边绕组连接可控整 流器，可控整流器输出端正负极连接蓄电池及直流负载的正负端。各开关主触 点受各自的开关线圈控制、开关线圈受智能型选通控制盒控制，智能型选通控 制盒的输入信号取自电压检测仪表，电压检测仪表可以装设在发电机输出端或 二次绕组输出端。智能型选通控制盒根据检测到的电压值(即风速)控制各开 关主触点的通断，使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 过对应的开关主触点和可控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 边接收的能量通过可控整流器传递给电池和负载。所述多绕组输入的电力变压器是原边具有多绕组的电力变压器，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 原边绕组可得到不同值的副边电压。所述可控整流器为现代电力电子整流器件或模块，系指可控硅或IGBT或IPM 类电力电子器件或模块(包括二极管、三级管、GTR、 GT0、 P""M0SFET、 IGCT等)。所述的开关主触点和开关线圈是指继电器、接触器、启动器等可以电动的 通断类控制装置。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。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表等。举例说明请参照图3，图3为本发明实施例的智能型一次可控有触点式风 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蓄电系统能量吸收、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)、1/1.25 (B2组)、1/1.5 (B3组)和1/1.75 (B4组)。各组分别与编号相同的无 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，由选通控制盒控制一组开关主触点处于接通状态，其 余开关主触点处于断开状态。系统保持只有处于接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，在智能型选通控 制盒的控制下，当风力在额定风速范围时，开关主触点"K1"被选通而其它开 关被断开，蓄电池得到的整流充电能量直接来自发电机输出端；当风速低于额 定风速致使风机输出端电压低于20v时，开关主触点"K2"被选通而其他开关 主触点被断开，蓄电池得到的整流充电能量来自绕组"B2"的输出；当风速再 小致使风机输出端电压低于16. 3v时开关主触点"K3"被选通而其他开关主触 点被断开，蓄电池得到的充电能量来自绕组"B3"的输出；同理，当风速更小 致使风机输出端电压低于14v时，开关主触点"K4"被选通，此时蓄电池得到 的充电能量来自绕组B4的输出。系统中的变压器原边线圈(B2、 B3、 B4)始终有一组处于闭合且存在空载损 耗的状态，且整流器始终处于对Bl绕组(副边绕组)进行整流工作状态，因此 仪表检测电压不会出现虚假或悬空信号，即仪表检测到的电压值作为判断风速 大小的物理信号是可靠的。系统中的"可控整流器"只在整流电压超过蓄电池充电电压上限时才处于 整流脉宽控制状态，平时一直处于全波"不控"的整流状态，因此，受抑制能 量极少，系统浪费很少。以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不 能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围,
权利要求
1、一种智能型一次可控有触点式风能吸收器，其特征在于所述智能型一次可控有触点式风能吸收器包括多绕组输入变压器、多路主开关、电压检测仪表、整流器和智能型选通控制盒；所述主开关由开关主触点和开关线圈组成；所述多绕组输入变压器的原边各绕组通过开关主触点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，整流器的正负极输出端与蓄电池和直流负载相连接；所述电压检测仪表的输入端与风力发电机输出端线或多绕组输入变压器的二次绕组B1输出端连接；所述电压检测仪表的输出端连接智能型选通控制盒，智能选通控制盒输出端连接开关组的线圈。
2、 根据权利要求1所述的智能型一次可控有触点式风能吸收器，其特征在 于所述电压检测仪表，采用电压变送器、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所述的智能型一次可控有触点式风能吸收器，其特征在 于所述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智能控制仪器或设备。
4、 根据权利要求1所述的智能型一次可控有触点式风能吸收器，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所述的智能型一次可控有触点式风能吸收器，其特征在 于所述多路主开关是继电器、接触器、启动器或可以电动控制的通断控制装 置。
6、 根据权利要求1所述的智能型一次可控有触点式风能吸收器，其特征在 于所述整流器为一般整流装置或可控整流装置，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。
全文摘要
本发明公开了一种智能型一次可控有触点式风能吸收器。包括多绕组输入变压器、多路主开关、电压检测仪表、整流器和智能型选通控制盒；所述主开关由开关主触点和开关线圈组成；所述多绕组输入变压器的原边各绕组通过开关主触点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，整流器的正负极输出端与蓄电池和直流负载相连接。加装本发明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H02J7/32GK101604862SQ20091001260
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者娜 刘, 孙毅彪 申请人:孙毅彪