一種風力機限速與剎車保護控制的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電機技術領域，具體涉及一種風力機限速與剎車保護控制的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前利用傳統能源對環境的污染破壞非常嚴重，且日趨枯竭，發展新能源勢在必行。
[0003]現有的風力發電機，主要結構形式有水平軸風力機及垂直軸風力機兩種。因其重量輕，結構簡單，成本較低獲得較為廣泛的使用。但目前市場上小型風力發電機發展的一個主要問題是應對強風時葉片的強度及安全保護措施不足，安全性能差，尤其安裝在沿海一帶的風力發電機，受強臺風的危害最大，幾乎每次臺風過后都有一批風葉受損斷裂，造成機組損壞，甚至葉片斷裂后飛射造成人身及財產的巨大損失。宄其原因，除了葉片強度的原因之外，過速保護系統顯得尤為重要。
[0004]目前市場上普遍使用的保護方式主要有失速保護、短路剎車保護、折尾保護等。此類保護在高風速時風力機仍處于運轉狀態，控制不靈敏不準確，由于風速風向的忽變引發的意外不在少數。
[0005]系統成本偏高的使用電磁剎車、液壓剎車等。此類控制保護的耗能較高，常規的控制模式下磨損較快，維護周期短，且液壓剎車的適用溫度范圍有限。
[0006]控制較精確有效的風速保護系統包含有風速儀、風向標、及復雜的電氣控制線路，往往價格不菲，動輒數倍于小型風力機，且復雜、耗能、故障率高，維護的專業性要求更高。
[0007]以上控制方式或其組合控制方式存在的弊端均阻礙小型風力機的普及推廣。
[0008]因此，針對現有技術中存在的問題，亟需提供一種可靠性高、價格低廉易于推廣的剎車保護控制方式。

【發明內容】

[0009]本發明實施例提供了一種風力機剎車保護控制裝置及方法，克服了現有技術中對風力機的保護不靈敏不準確的問題。
[0010]本發明實施例提供了一種風力機剎車保護控制裝置，所述裝置包括:風力識別單元，與風力識別單元連接的短路剎車控制單元，和與所述短路剎車控制單元連接的剎車后控制單元；
[0011]風力識別單元，用于獲取表示環境風速的數據，還用于在剎車保護時獲取表示環境風速的數據；其中，所述表示環境風速的數據包括:風速，風輪轉速，風力發電機輸出的直流電壓、或風力發電機輸出的直流電流，其中任意一種；
[0012]所述短路剎車控制單元，用于所述表示環境風速的數據大于第一閾值時，發出執行短路剎車指令，
[0013]所述剎車后控制單元，用于在剎車保護時判定環境風速；當所述環境風速的數據在正常發電的風速范圍內，解除剎車指令，轉入正常運轉發電狀態；當所述環境風速的數據大于正常發電的風速范圍時，保持剎車狀態。
[0014]本發明實施例還提供了一種風力機限速與剎車保護控制的方法，所述方法包括:
[0015]獲取表示環境風速的數據，還用于在剎車保護時獲取表示環境風速的數據；其中，所述表示環境風速的數據包括:風速，風輪轉速，風力發電機輸出的直流電壓、或風力發電機輸出的直流電流，其中任意一種；
[0016]判斷所述表示環境風速的數據大于第一閾值時；如果是，發出執行短路剎車指令，
[0017]在剎車保護時獲取表示環境風速的數據；
[0018]判斷所述表示環境風速的數據是否大于當所述環境風速的數據在正常發電的風速范圍內，如果是，保持剎車狀態。
[0019]本發明實施例提供了風力機限速與剎車保護控制的裝置，通過在剎車保護時判定表示環境風速的數據，當所述表示環境風速的數據在正常發電的風速范圍內，解除剎車指令，轉入正常運轉發電狀態；當所述表示環境風速的數據持續大于在正常發電的風速范圍內時，保持剎車狀態，克服了現有技術中控制不靈敏不準確的問題。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本發明實施例一提供的一種風力機限速與剎車保護控制的裝置示意圖；
[0022]圖2為本發明實施例二提供的一種風力機限速與剎車保護控制的裝置示意圖；
[0023]圖3為本發明實施例二提供的另一種風力機限速與剎車保護控制的裝置示意圖；
[0024]圖4為本發明實施例三提供的一種風力機限速與剎車保護控制的裝置示意圖；
[0025]圖5為本發明實施例三提供的另一種風力機限速與剎車保護控制的裝置示意圖；
[0026]圖6為發明實施例四提供的一種風力機限速與剎車保護控制的方法流程示意簡圖；
[0027]在圖1至圖4中包括有:
[0028]11 風輪；12 發電機；13 尾航；
[0029]21——單片機；22——整流橋；23——短路電阻；24——繼電開關；
[0030]25 繼電開關；26 電壓器；27 電流器；
[0031]31--電磁剎車部件。
【具體實施方式】
[0032]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0033]實施例一
[0034]本發明實施例提供了一種風力機限速與剎車保護控制的裝置，如圖1所示，該裝置所述裝置包括:風力識別單元101，與風力識別單元連接的短路剎車控制單元102，和與所述短路剎車控制單元連接的剎車后控制單元103 ;
[0035]所述風力識別單元101，用于獲取表示環境風速的數據，還用于在剎車保護時獲取表示環境風速的數據；其中，所述表示環境風速的數據包括:風速，風輪轉速，風力發電機輸出的直流電壓、或風力發電機輸出的直流電流，其中任意一種；
[0036]所述短路剎車控制單元102，用于所述表示環境風速的數據大于第一閾值時，發出執行短路剎車指令，
[0037]所述剎車后控制單元103，用于在剎車保護時判定環境風速；當所述表示環境風速的數據在正常發電的風速范圍內，解除剎車指令，轉入正常運轉發電狀態；當所述表示環境風速的數據大于正常發電的風速范圍時，保持剎車狀態。
[0038]本發明實施例提供了一種風力機限速與剎車保護控制的裝置，通過在剎車保護時判定表示環境風速的數據，當所述表示環境風速的數據在正常發電的風速范圍內，解除剎車指令，轉入正常運轉發電狀態；當所述表示環境風速的數據持續大于所述在正常發電的風速范圍時，保持剎車狀態，克服了現有技術中控制不靈敏不準確的問題。
[0039]實施例二
[0040]本發明實施例提供了一種風力機限速與剎車保護控制的裝置，該裝置與實施例一提供的裝置屬于相同的發明構思，該實施例是一種優選的實施方案，如圖2所示，風力機(或風力發電機)主機部分包括有風葉及其它輔助連接件組成的風輪11，發電機12，水平風力機的尾舵13 ;電氣控制系統包含整流橋22、短路電阻23、單片機21及繼電開關24、繼電開關25、電壓器26 ；電流器27 ;安全保護方式為短路剎車。
[0041]所述風力識別單元101可以包括:整流橋22，和電壓器26 ;或者，所述風力識別單元包括:整流橋22和電流器27 ；
[0042]需要理解的是，風力發電機的電流為三相交流，經整流橋22變換為直流后直接向蓄電池及其它儲電或用電設備輸出電能。電壓器26及電流器27分別用于測量輸出直流電壓及電流(測量整流前的交流亦能實現本功能)，并將測量數據信號提供給單片機21
[0043]其中，風力識別單元，原理是通過風吹葉輪旋轉，風力發電機電機隨之產生電壓、電流，通過測量該電壓、電流的大小來識別風速。在本實施例中測量的是在短路電路中短路電阻的電流電壓來識別風速。
[0044]所述短路剎車控制單元102包括:單片機21，繼電開關24和短路電阻23 ；
[0045]所述剎車后控制單元103包括:單片機21 ;
[0046]當電壓器26或電流器27測得的風力發電機的直流電壓值或直流電流值超出設定值，單片機21發出短路剎車指令，繼電開關24閉合，風力機在短路電阻23的作用下停車；停車后風速仍然驅動風輪11旋轉，則電壓器26及電流器27對單片機21有信號輸入；單片機21根據輸入信號判定環境風速；當所述表示環境風速的數據在正常發電的風速范圍內，解除剎車指令，轉入正常運轉發電狀態；當所述表示環境風速的數據大于所述正常發電的風速范圍時，保持剎車狀態。
[0047]需要理解的是，短路剎車是依靠發電機旋轉時產生的電流在短路情況下，形成較大的磁場與發電機的永磁體相互作用產生阻力，當發電機停轉時電流為零此阻力即為零(故只要有風風輪就不會真正意義上停車)，風速越大風輪轉速越高(但此轉速遠比正常運轉轉速低得多)，電流越大阻力越大，即短路電流與風速是同步增大的，基于此原理本發明中取電流值來判識風速。取電壓值的原理亦然。
[0048]傳統剎車控制方式，當風速大于切出風速時，以折尾偏航等方式擴大工作風速范圍，短路剎車保護時風速較高，短路電流大，容易燒壞短路電阻；而在解除剎車時，因無法判定環境風速，多數控制方案以解除剎車后的轉速或電壓及電流重新啟動剎車，此控制方式的致命缺陷是，如果此時正值強風或臺風時間，解除剎車后僅依靠短路剎車無法實現停車，或者風力機在臺風環境中即使轉速小于安全轉速，也可能發生損毀，如此造成巨大的安全隱患。
[0049]本實施例提供的裝置在