專利名稱：低壓直流供電用風力發電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種風力發電技術領域的裝置，具體是一種低壓直流供電用風力發電系統。
背景技術：
低電壓直流用電設備需要采用相應電壓等級的直流電源供電。傳統的低電壓直流供電系 統普遍采用市電和蓄電池組相結合的供電模式，蓄電池組額定電壓與用電設備額定電壓一致 ，市電通過開關電源向蓄電池組充電和用電設備供電。近年來，隨著低電壓直流供電系統的 應用日益廣泛，耗能與日俱增，引入綠色能源的要求也越來越迫切。目前，低電壓直流供電 系統在引入綠色能源時常采用太陽能，但是太陽能供電方式造價高，占地面積大，并且太陽 能電池在生產過程中需要消耗大量的能源。相比而言，風力發電機組造價低，生產過程耗能 低，占用自然資源少，應用時占地面積小；同等發電量條件下，風力發電的成本遠遠低于太 陽能發電。因此，將風力發電廣泛應用到低電壓直流供電領域已經成為一個趨勢。
目前，低電壓直流供電系統引入風力發電主要采用三種方式1)風力發電機組輸出電
壓與用電設備額定電壓一致，其輸出電能經過整流后直接向蓄電池組充電和用電設備供電。
2)風力發電機組輸出電壓高于用電設備額定電壓，使用降壓變壓器將風力發電機組輸出電 壓降低到與用電設備額定電壓相適應的交流電壓，整流后直接向蓄電池組充電和用電設備供 電。3)風力發電機組輸出的電壓高于用電設備額定電壓，將風力發電機組輸出電壓整流逆 變為三相工頻交流電壓，通過開關電源向蓄電池組充電和用電設備供電；為使逆變器穩定工 作，必須額外配置與風力發電機組輸出電壓相適應的蓄電池組。
以上三種風力發電引入方式均存在一定不足。方式l應用于負荷較大的低電壓直流供電 系統時，低電壓的風力發電機組輸出電流大，發電機繞組損耗和電能傳輸過程產生的損耗非 常可觀；方式2雖然只增加了降壓變壓器，但是該變壓器并不是常規工頻變壓器，制作有難 度，不僅增加成本，同時也降低系統效率；方式3應用較為普遍，同時也是增加成本最多、 降低系統效率最多的方式，不僅增加設備，而且額外增加了大量的蓄電池組，違背了節能環 保的初衷。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種低壓直流供電用風力發電系統，針對低電壓直流供電系統的特點，大幅度提高發電系統的整體效率與供電可靠性。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括風力發電機組、風能控制電源、蓄電 池組和后備電源控制器，其中風力發電機組的三相輸出端連接至風能控制電源的輸入端， 風能控制電源的輸出端連接至蓄電池組，后備電源控制器的輸入端分別與蓄電池組的輸出端 和后備電源的輸出端相連接，后備電源控制器的輸出端通過開關電源連接至蓄電池組，風能 控制電源的負載輸出端連接至用電設備。
所述的后備電源包括市電和柴油發電機；
所述的風能控制電源包括功率變換模塊、功率控制模塊和控制電路模塊，其中風力 發電機組的三相輸出端連接至功率變換模塊和功率控制模塊的輸入端，功率變換模塊的輸出 端連接至蓄電池組和用電設備，控制電路模塊分別與功率變換模塊和功率控制模塊相連接。
所述的后備電源控制器主要包括蓄電池檢測模塊、市電檢測模塊、柴電檢測模塊和切 換控制模塊，其中蓄電池檢測模塊連接至蓄電池組的控制端，市電檢測模塊和柴電檢測模 塊分別與后備電源的三相輸出端相連接，切換控制模塊的控制端與后備電源的控制端相連接 ，切換控制模塊的輸入端分別連接至蓄電池檢測模塊、市電檢測模塊和柴電檢測模塊的信號 輸出端，切換控制模塊的輸出端經開關電源與蓄電池組的輸入端連接。
本發明通過以下方式進行工作當蓄電池組虧電時，若后備電源控制器檢測市電輸入正 常，則后備電源控制器將市電切入，由市電通過開關電源向蓄電池組充電和用電設備供電； 若后備電源控制器檢測市電異常，則后備電源控制器將自動啟動柴油發電機，后備電源控制 器檢測柴電正常后，由柴電經開關電源為蓄電池組充電和用電設備供電。
本發明直接應用于低電壓直流系統，風力發電機組電壓高于用電設備工作電壓，實現高 電壓電能傳輸，大大減少了風力發電機組損耗和傳輸損耗；根據設定曲線以高頻開關方式將 風力發電機組高電壓電能轉換成低電壓直流電能向蓄電池組充電和用電設備供電，主動控制 風力發電機組轉速，使風力發電機組按照最大功率狀態運行；動態加載電阻消耗高電壓直流 電能，調整風力發電機組轉矩以控制風力發電機組安全運行；動態調整蓄電池組充電電流和 充電電壓，優化蓄電池組充電管理，延長蓄電池組使用壽命；可根據需要配置后備電源控制 器，選擇市電與柴電為后備電源，蓄電池組虧電時可自動切換市電或柴電經開關電源向蓄電 池組充電和用電設備供電，極大地提高了低電壓直流供電系統的供電可靠性。


圖l為實施例結構示意圖；圖2為風力發電機組結構示意圖。
具體實施例方式
下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施， 給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括風力發電機組l、風能控制電源2、蓄電池組3和后備電源控 制器4，其中風力發電機組1的三相輸出端連接至風能控制電源2的輸入端，風能控制電源2 的輸出端連接至蓄電池組3，后備電源控制器4的輸入端分別與蓄電池組3的輸出端和后備電 源5的輸出端相連接，后備電源控制器4的輸出端通過開關電源6連接至蓄電池組3，風能控制 電源2的負載輸出端連接至用電設備7。
所述的風力發電機組l包括塔架8、風輪9、轉軸IO、斜銷軸ll、永磁發電機12和尾梁 尾翼13，其中風輪9通過轉軸10連接至永磁發電機12的輸入軸，尾梁尾翼13通過斜銷軸11 連接至永磁發電機12的末端，塔架8固定設置于永磁發電機12的下方。
所述的尾梁尾翼13為折疊式結構。
所述的永磁發電機12的輸出電壓高于用電設備7的額定電壓，以便減小永磁發電機12繞 組損耗與電能傳輸損耗。
所述的風能控制電源2包括功率變換模塊14、功率控制模塊15和控制電路模塊16，其 中風力發電機組1的三相輸出端連接至功率變換模塊14和功率控制模塊15的輸入端，功率 變換模塊14的輸出端連接至蓄電池組3和用電設備7，控制電路模塊16分別與功率變換模塊14 和功率控制模塊15相連接。
所述的后備電源控制器4主要包括蓄電池檢測模塊17、市電檢測模塊18、柴電檢測模 塊19和切換控制模塊20，其中蓄電池檢測模塊17連接至蓄電池組3的控制端，市電檢測模 塊18和柴電檢測模塊19分別與后備電源5的三相輸出端相連接，切換控制模塊20的控制端與 后備電源5的控制端相連接，切換控制模塊20的輸入端分別連接至蓄電池檢測模塊17、市電 檢測模塊18和柴電檢測模塊19的信號輸出端，切換控制模塊20的輸出端經開關電源6與蓄電 池組3的輸入端連接。
所述的后備電源5包括市電21和柴油發電機22;
本實施例通過以下方式進行工作
風力發電機組1將風輪9捕獲的風能轉化為動能直接驅動永磁發電機12，永磁發電機12將 動能轉化為電壓幅值可變、頻率可變的高電壓交流電能，風能控制電源2將高電壓交流電能轉化為符合蓄電池組3特性的低電壓直流電能向蓄電池組3充電和用電設備7供電，同時主動 控制風力發電機組l運行狀態。當風速小于尾梁尾翼13折偏風速時，風輪9可自動對風；當風 速大于尾梁尾翼13折偏風速時，風輪9逐漸偏離風向而減少迎風面積，限制風力機組輸出功 率和轉速。永磁發電機12由風輪9直接驅動，將風輪9捕獲的風能轉化為電壓幅值可變、頻率 可變的三相交流電能；
然后，功率變換模塊14先將風力發電機組1產生的三相交流電能轉化為高電壓直流電能 ，由控制電路模塊16根據設定曲線控制功率變換模塊14運行，通過高頻開關方式將高電壓直 流電能轉化為符合蓄電池組3特性的低電壓直流電能，通過調整風力發電機組l輸出功率主動 控制風力發電機組l轉速，實現最大功率跟蹤，同時實現蓄電池組3充放電管理；功率控制模 塊15先將風力發電機組1產生的三相交流電能轉化為高電壓直流電能，由控制電路模塊16控 制功率控制模塊15運行，通過動態加載電阻的方式消耗高電壓直流電能，調整風力發電機組 l轉矩以控制風力發電機組l安全運行；控制電路模塊16完成控制功能，實現各功能模塊的正 常運行；
以柴油發電機和市電作為風力發電系統的后備電源5，在蓄電池組3虧電時，蓄電池檢測 模塊17檢測蓄電池組3電壓，當蓄電池組3電壓低于設定電壓時，若市電檢測模塊18檢測后備 電源5中的市電供給正常，則切換控制模塊20將市電切入，由市電通過開關電源6為蓄電池組 3充電和用電設備7供電；若市電檢測模塊18檢測市電異常，則切換控制模塊20將自動啟動后 備電源5中的柴油發電機，若柴電檢測模塊19檢測后備電源5中的柴電供給正常，則切換控制 模塊20將柴電切入，由柴電通過開關電源6為蓄電池組3充電和用電設備7供電。
權利要求
1.一種低壓直流供電用風力發電系統，其特征在于，包括風力發電機組、風能控制電源、蓄電池組和后備電源控制器，其中風力發電機組的三相輸出端連接至風能控制電源的輸入端，風能控制電源的輸出端連接至蓄電池組，后備電源控制器的輸入端分別與蓄電池組的輸出端和后備電源的輸出端相連接，后備電源控制器的輸出端通過開關電源連接至蓄電池組，風能控制電源的負載輸出端連接至用電設備。
2.根據權利要求l所述的低壓直流供電用風力發電系統，其特征是， 所述的后備電源包括市電和柴油發電機。
3.根據權利要求l所述的低壓直流供電用風力發電系統，其特征是， 所述的風力發電機組包括塔架、風輪、轉軸、斜銷軸、永磁發電機和尾梁尾翼，其中風 輪通過轉軸連接至永磁發電機的輸入軸，尾梁尾翼通過斜銷軸連接至永磁發電機的末端，塔 架固定設置于永磁發電機的下方。
4.根據權利要求3所述的低壓直流供電用風力發電系統，其特征是， 所述的尾梁尾翼為折疊式結構。
5.根據權利要求3所述的低壓直流供電用風力發電系統，其特征是， 所述的永磁發電機的輸出電壓高于用電設備的額定電壓，以便減小永磁發電機繞組損耗與電 能傳輸損耗。
6. 根據權利要求l所述的低壓直流供電用風力發電系統，其特征是， 所述的風能控制電源包括功率變換模塊、功率控制模塊和控制電路模塊，其中風力發電 機組的三相輸出端連接至功率變換模塊和功率控制模塊的輸入端，功率變換模塊的輸出端連 接至蓄電池組和用電設備，控制電路模塊分別與功率變換模塊和功率控制模塊相連接。
7. 根據權利要求l所述的低壓直流供電用風力發電系統，其特征是， 所述的后備電源控制器包括蓄電池檢測模塊、市電檢測模塊、柴電檢測模塊和切換控制模 塊，其中蓄電池檢測模塊連接至蓄電池組的控制端，市電檢測模塊和柴電檢測模塊分別與 后備電源的三相輸出端相連接，切換控制模塊的控制端與后備電源的控制端相連接，切換控 制模塊的輸入端分別連接至蓄電池檢測模塊、市電檢測模塊和柴電檢測模塊的信號輸出端， 切換控制模塊的輸出端經開關電源與蓄電池組的輸入端連接。
全文摘要
一種風力發電技術領域的低壓直流供電用風力發電系統，包括風力發電機組、風能控制電源、蓄電池組和后備電源控制器，其中風力發電機組的三相輸出端連接至風能控制電源的輸入端，風能控制電源的輸出端連接至蓄電池組，后備電源控制器的輸入端分別與蓄電池組的輸出端和后備電源的輸出端相連接，后備電源控制器的輸出端通過開關電源連接至蓄電池組，風能控制電源的負載輸出端連接至用電設備。本發明針對低電壓直流供電系統的特點，大幅度提高發電系統的整體效率與供電可靠性。
文檔編號H02J7/32GK101604865SQ20091030477
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月24日 優先權日2009年7月24日
發明者衛 俞, 葉余勝, 葉清貴 申請人:上海致遠綠色能源有限公司