一种多功能风机发电系统.pdf

一种多功能风机发电系统，该发电系统包括风机、控制器、逆变器、卸荷器、能量转换系统PCS、蓄电池、变频器、门极开合断装置、信号发生器、模式切换器及风机状态监控装置；本系统在原有风机的发电系统上，增设了多功能新型高利用率风机发电系统，即设置了三种运行模式：(1)观光模式：风机可作为景观，具有一定的观赏性；(2)发电模式：在风速达到可利用的条件下时，可实现风机最低风速发电；(3)模拟风机模式：通过模拟，可作为实验教学和科学研究所用；本系统兼顾观光、发电和模拟风机功能，具有点缀环境、高效节能发电、实验研究综合功能。

权利要求书1.  一种多功能风机发电系统，其组成至少包括永磁同步发电机G1(1)、风机控制器(2)、逆变器(3)、卸荷(4)、PCS(5)、蓄电池(6)、变频器(7)、门极开合断装置(8)、信号发生器(9)、模式切换器(10)、风机状态监测装置(11)、辅助起动分析软件系统(12)、模拟风机软件系统(13)、可调时间步长偏航系统(14)、隔离变压器(15)、PCC(16)、电缆L、断路器QF1～QF4和母线M1；其特征在于：所述的风机发电系统包括三种模式：观光模式、发电模式及模拟风机模式；观光模式工作过程如下：在无风或风速低于永磁同步发电机G1(1)最低发电风速的情况下，选择观光模式，模式切换器(10)动作，风机控制器(2)、逆变器(3)经断路器QF1切除，变频器(7)工作并与永磁同步发电机G1(1)相连，信号发生器(9)控制门极开合断装置(8)，驱动变频器(7)工作，从而起动永磁同步发电机G1(1)；该模式下的系统根据风机状态监测装置(11)反馈信号来调节信号的输出，使变频器(7)驱动永磁同步发电机G1(1)达到一定的转速；永磁同步发电机G1(1)所需电能由电网提供，即电能从公共耦合端PCC(16)处获得，依次经隔离变压器T1(15)、母线M1、电缆L送入到变频器(7)；所述的发电模式：发电模式所发出的电能经风机控制器(2)、逆变器(3)直接并入电网，在达不到并网条件的低电量情况下选择给蓄电池(6)充电，充电通过PCS(5)调节和控制，储存的电量可 作为风机系统自身消耗电的补充；大风速且超出风机额定风速时，采用卸荷器(4)保护风机系统安全。发电模式的工作过程如下：首先以风速实时数据为依据，经辅助起动分析软件(12)判断是否满足最低风速发电要求及采用何种起动方式，若不满足，则不运行发电模式，若满足，模式切换器(10)动作，开启发电模式。风机辅助起动运行由信号发生器(9)产生脉冲信号对门极开合断装置(8)进行控制，门极开合断装置(8)驱动变频器(7)，变频器(7)驱动永磁同步发电机G1(1)以电动机形式起动，当转速达到一定转数，断路器QF2动作切除变频器(7)，信号发生器(9)输出控制信号使风机控制器(2)、逆变器(3)依次运行并接入风机系统，风机进入自运行并网工作，可调时间步长偏航系统(14)工作，使得永磁同步发电机G1(1)进入低风速运行发电状态；所述的模拟风机模式是指在仿真平台上设定风速、风向等参数后，可观察到风机的动态效果，如偏航、解缆、变转速等，可作为实验教学所用，改变偏航参数、起动参数，优化参数设置，从而提高风机发电量，这也就具有了重大的科学研究价值。模拟风机工作过程如下：模式切换器(10)动作，模拟风机模式开启，模拟风机软件系统(13)模拟风机运行，信号发生器(9)产生控制信号及脉冲信号分别对风机控制器(2)、变频器(7)进行控制，对永磁同步电动机G1(1)真实的运行动作进行模拟；通过风机状态监测装置(11)反馈的信息，实时纠正模拟运行参数，使仿真风机系统真实安全运行。2.  根据权利要求1所述的一种多功能风机发电系统，其辅助起动 分析软件系统特征在于：可实时对风速进行分析，风速满足3m/min则按原运行系统方式工作，风速低于3m/min则接着对可利用风速段进行统计分析，若满足可利用条件，辅助起动运行，否则返回对风速实时数据进行再监测分析。

说明书一种多功能风机发电系统
技术领域
本发明涉及一种风机发电系统，尤其是一种多功能风机发电系统。
背景技术
随着技术经济的发展，世界范围内的能源需求持续增长，而常规化石能源日渐枯竭，火力发电对环境的污染又大，上述多方面的因素导致占主流发电地位的火力发电将受到巨大的冲击。为满足能源的需求及对环境的友好，世界范围内掀起的研究新能源发电的热潮方兴未艾。风力发电作为新能源发电的一种有效实现形式，以其独有的综合优势得到了各国的普遍重视。
如今风力发电已经获得了较好的商业应用，对风力发电系统的提出也层出不穷，然而目前的风机系统都采用传统发电模式，该发电模式仅仅利用了较高风速范围内的风力资源，在利用低速风力资源时往往一弃了之，假如能够合理地收集利用这部分低速风力资源，做到积少成多、积点成面，无疑会创造出可观的经济效益和社会效益。对于风资源较差而又有需求的地区来说，上述传统的发电模式，显然已无法满足要求，因此风机发电系统需多元化。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种多功能风机发电系统。
为实现该技术目的，本发明采用的技术方案是：一种多功能风机发电系统，其组成至少包括永磁同步发电机G1、风机控制器、逆变 器、卸荷、PCS、蓄电池、变频器、门极开合断装置、信号发生器、模式切换器、风机状态监测装置、辅助起动分析软件系统、模拟风机软件系统、可调时间步长偏航系统、隔离变压器、PCC、电缆L、断路器QF1～QF4和母线M1；
所述的风机发电系统包括三种模式：观光模式、发电模式及模拟风机模式。
观光模式工作过程如下：在无风或风速低于永磁同步发电机G1最低发电风速的情况下，选择观光模式，模式切换器动作，风机控制器、逆变器经断路器QF1切除，变频器工作并与永磁同步发电机G1相连，信号发生器控制门极开合断装置，驱动变频器工作，从而起动永磁同步发电机G1。该模式下的系统根据风机状态监测装置反馈信号来调节信号的输出，使变频器驱动永磁同步发电机G1达到一定的转速。永磁同步发电机G1所需电能由电网提供，即电能从公共耦合端PCC处获得，依次经隔离变压器T1、母线M1、电缆L送入到变频器。
所述的发电模式：发电模式所发出的电能经风机控制器、逆变器直接并入电网，在达不到并网条件的低电量情况下选择给蓄电池充电，充电通过PCS调节和控制，储存的电量可作为风机系统自身消耗电的补充。大风速且超出风机额定风速时，采用卸荷器保护风机系统安全。发电模式的工作过程如下：首先以风速实时数据为依据，经辅助起动分析软件判断是否满足最低风速发电要求及采用何种起动方式，若不满足，则不运行发电模式，若满足，模式切换器动作，开启 发电模式。风机辅助起动运行由信号发生器产生脉冲信号对门极开合断装置进行控制，门极开合断装置驱动变频器，变频器驱动永磁同步发电机G1以电动机形式起动，当转速达到一定转数，断路器QF2动作切除变频器，信号发生器输出控制信号使风机控制器、逆变器依次运行并接入风机系统，风机进入自运行并网工作，可调时间步长偏航系统工作，使得永磁同步发电机G1进入低风速运行发电状态。
所述的模拟风机模式是指在仿真平台上设定风速、风向等参数后，可观察到风机的动态效果，如偏航、解缆、变转速等，可作为实验教学所用，改变偏航参数、起动参数，优化参数设置，从而提高风机发电量，这也就具有了重大的科学研究价值。模拟风机工作过程如下：模式切换器动作，模拟风机模式开启，模拟风机软件系统模拟风机运行，信号发生器产生控制信号及脉冲信号分别对风机控制器、变频器进行控制，对永磁同步电动机G1真实的运行动作进行模拟。通过风机状态监测装置反馈的信息，实时纠正模拟运行参数，使仿真风机系统真实安全运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该系统兼顾观光、发电和模拟风机功能，具有点缀环境、高效节能发电、实验研究综合功能。
附图说明
图1为本发明的系统框架示意图；
图2为本发明的辅助起动分析软件系统工作流程框图；
其中：1、永磁同步发电机G1，2、风机控制器，3、逆变器，4、卸荷，5、PCS，6、蓄电池，7、变频器，8、门极开合断装置，9、信 号发生器，10、模式切换器，11、风机状态监测装置，12、辅助起动分析软件系统，13、模拟风机软件系统，14、可调时间步长偏航系统，15、隔离变压器，16、PCC，L、电缆，断路器QF1～QF4，母线M1。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种多功能风机发电系统，其组成至少包括永磁同步发电机G1(1)、风机控制器(2)、逆变器(3)、卸荷(4)、PCS(5)、蓄电池(6)、变频器(7)、门极开合断装置(8)、信号发生器(9)、模式切换器(10)、风机状态监测装置(11)、辅助起动分析软件系统(12)、模拟风机软件系统(13)、可调时间步长偏航系统(14)、隔离变压器(15)、PCC(16)、电缆L、断路器QF1～QF4和母线M1；
所述的风机发电系统包括三种模式：观光模式、发电模式及模拟风机模式。
观光模式工作过程如下：在无风或风速低于永磁同步发电机G1(1)最低发电风速的情况下，选择观光模式，模式切换器(10)动作，风机控制器(2)、逆变器(3)经断路器QF1切除，变频器(7)工作并与永磁同步发电机G1(1)相连，信号发生器(9)控制门极 开合断装置(8)，驱动变频器(7)工作，从而起动永磁同步发电机G1(1)。该模式下的系统根据风机状态监测装置(11)反馈信号来调节信号的输出，使变频器(7)驱动永磁同步发电机G1(1)达到一定的转速。永磁同步发电机G1(1)所需电能由电网提供，即电能从公共耦合端PCC(16)处获得，依次经隔离变压器T1(15)、母线M1、电缆L送入到变频器(7)。
所述的发电模式：发电模式所发出的电能经风机控制器(2)、逆变器(3)直接并入电网，在达不到并网条件的低电量情况下选择给蓄电池(6)充电，充电通过PCS(5)调节和控制，储存的电量可作为风机系统自身消耗电的补充。大风速且超出风机额定风速时，采用卸荷器(4)保护风机系统安全。发电模式的工作过程如下：首先以风速实时数据为依据，经辅助起动分析软件(12)判断是否满足最低风速发电要求及采用何种起动方式，若不满足，则不运行发电模式，若满足，模式切换器(10)动作，开启发电模式。风机辅助起动运行由信号发生器(9)产生脉冲信号对门极开合断装置(8)进行控制，门极开合断装置(8)驱动变频器(7)，变频器(7)驱动永磁同步发电机G1(1)以电动机形式起动，当转速达到一定转数，断路器QF2动作切除变频器(7)，信号发生器(9)输出控制信号使风机控制器(2)、逆变器(3)依次运行并接入风机系统，风机进入自运行并网工作，可调时间步长偏航系统(14)工作，使得永磁同步发电机G1(1)进入低风速运行发电状态。
所述的模拟风机模式是指在仿真平台上设定风速、风向等参数 后，可观察到风机的动态效果，如偏航、解缆、变转速等，可作为实验教学所用，改变偏航参数、起动参数，优化参数设置，从而提高风机发电量，这也就具有了重大的科学研究价值。模拟风机工作过程如下：模式切换器(10)动作，模拟风机模式开启，模拟风机软件系统(13)模拟风机运行，信号发生器(9)产生控制信号及脉冲信号分别对风机控制器(2)、变频器(7)进行控制，对永磁同步电动机G1(1)真实的运行动作进行模拟。通过风机状态监测装置(11)反馈的信息，实时纠正模拟运行参数，使仿真风机系统真实安全运行。
作为本发明的优化技术方案：辅助起动分析软件系统作为启动模式的选择判断系统，可实时对风况进行分析，风速满足3m/min则按原运行系统方式工作，风速低于3m/min则对可利用风速段进行统计分析，若风速频率分布满足可利用条件，辅助起动运行，否则返回，继续对风速实时数据进行监测和分析。
并且能够在不改变原有风机的配置、不增加额外的硬件投资的情况下，通过辅助起动分析软件系统(11)的可靠分析、适当调整风机控制器(2)的触发信号阈值，便能实现对低风速风力资源的利用，提高了发电效益，具有传统发电模式所不具有的高效性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和 范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。