一种一拖多垂直轴风力发电机系统及其控制方法.pdf

本发明公开了一种一拖多垂直轴风力发电机系统及其控制方法，系统包括垂直轴风力机、多个发电机、控制器、风速检测装置和支撑平台，其中，所述垂直轴风力机固定于支撑平台上，所述发电机沿垂直轴风力机的中心均匀分布于垂直轴风力机周围，所述垂直轴风力机通过控制器控制各个发电机的切入和切出，控制器连接风速检测装置，接收其采集的实时风速。本发明可以降低切入风速，增加发电时间。由于开始时只有一台发电机工作，负载小，风力机可以轻易带动发电机，实现发电机的满负荷工作；发电的运行过程中风力机功率与发电机总体功率始终相匹配，每台发电机都基本工作在额定状态，提高了发电机的工作效率。

权利要求书
1.  一种一拖多垂直轴风力发电机系统，其特征是：包括垂直轴风力机、多个额定功率相 同的发电机、控制器、风速检测装置和支撑平台，其中，所述垂直轴风力机固定于支撑平台 上，所述发电机沿垂直轴风力机的中心均匀分布于垂直轴风力机周围，所述垂直轴风力机通 过控制器控制各个发电机的切入和切出，控制器连接风速检测装置，接收其采集的实时风速。

2.  如权利要求1所述的一种一拖多垂直轴风力发电机系统，其特征是：所述发电机的功 率小于风力机的功率，所有发电机的额定功率之和等于风力机的额定功率。

3.  如权利要求1所述的一种一拖多垂直轴风力发电机系统，其特征是：所述发电机个数 为2-4个。

4.  一种基于权利要求1-3中任一项所述一种一拖多垂直轴风力发电机系统的控制方法， 其特征是：包括以下步骤：
(1)风速检测装置将检测到的风速传输给控制器；
(2)控制器判断风速是否达到切入风速，如果到达切入风速，控制器将一台发电机投 入使用；
(3)控制器读取实时风速，根据当前风速与额定风速值，依次投入其他发电机。

5.  如权利要求4所述的控制方法，其特征是：所述步骤(1)中，风速检测装置根据风 力机获取风功率P公式：
P = 1 2 ρυ 3 C p A , ]]>
ρ为空气密度，υ表示风速，Cp是风能利用系数，A表示风力机扫风面积。

6.  如权利要求4所述的控制方法，其特征是：所述步骤(3)的具体方法为：根据风功 率的大小控制接入的发电机的台数与之匹配。

7.  如权利要求6所述的控制方法，其特征是：所述步骤(3)中，当发电机的数量为4 台时，当风速达到切入风速时控制接入第一台发电机，当风速达到额定风速的66％时，风机 功率超过额定功率的此时控制器接入第二台发电机；当风速为额定风速的85％时，风机 功率超过额定功率的此时控制器接入第三台发电机；当风速为额定风速的92％时，风机 功率超过额定功率的此时控制器接入第四台发电机。

说明书一种一拖多垂直轴风力发电机系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种一拖多垂直轴风力发电机系统及其控制方法。
背景技术
当前的大型垂直轴风力发电机结构一般为一台风力机带一台发电机发电，在低风速时(切 入风速附近)由于接收的风能功率小，这时运转的风力机远达不到额定功率，因而所带动的发 电机的运行效率也很低。即切入风速时，能带动发电机开始发电，但是，这时的发电机远达 不到额定功率，因而发电机的工作效率很低。如果这个时候风力机带动的是小功率发电机， 此小功率发电机几乎工作在额定功率状态，则发电机的效率就大大提高，也就是说，随着风 力的变化，风力机所拖动的发电机的功率如果可以变化，则可以基本保持风力机与发电机的 功率相匹配状态。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种一拖多垂直轴风力发电机系统及其控制方法，本 系统使用一台风力机带动多台发电机，根据风力的大小不同，可以方便调整发电机的整体投 入发电的功率，使得风力机和发电机的功率在风速变化的过程中始终相匹配。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种一拖多垂直轴风力发电机系统，包括垂直轴风力机、多个额定功率相同的发电机、 控制器、风速检测装置和支撑平台，其中，所述垂直轴风力机固定于支撑平台上，所述发电 机沿垂直轴风力机的中心均匀分布于垂直轴风力机周围，所述垂直轴风力机通过控制器控制 各个发电机的切入和切出，控制器连接风速检测装置，接收其采集的实时风速。
所述发电机的功率小于风力机的功率，所有发电机的额定功率之和等于风力机的额定功 率。
优选的，所述发电机个数为2-4个。
一种基于上述系统的控制方法，包括以下步骤：
(1)风速检测装置将检测到的风速传输给控制器；
(2)控制器判断风速是否达到切入风速，如果到达切入风速，控制器将一台发电机投 入使用；
(3)控制器读取实时风速，根据当前风速与额定风速值，依次投入其他发电机。
所述步骤(1)中，风速检测装置根据风力机获取风功率P公式：
P = 1 2 ρ υ 3 C p A , ]]>
ρ为空气密度，υ表示风速，Cp是风能利用系数，A表示风力机扫风面积。
所述步骤(3)的具体方法为：根据风功率的大小控制接入的发电机的台数与之匹配。
所述步骤(3)中，当发电机的数量为4台时，当风速达到切入风速时控制接入第一台发 电机，当风速达到额定风速的66％时，风机功率超过额定功率的此时控制器接入第二台 发电机；当风速为额定风速的85％时，风机功率超过额定功率的此时控制器接入第三台 发电机；当风速为额定风速的92％时，风机功率超过额定功率的此时控制器接入第四台 发电机。
本发明的工作原理为：本发明可以增大切出风速，提高风力发电机工作时间。大风时， 一拖一的结构根据风力机的可靠性即便能够继续工作，但是由于发电机已经超负荷发电，只 得切出，浪费了高风速的风能。一拖多垂直轴风力发电机，即一台风力机可带动多台发电机， 根据风速的不同而确定接入运行的台数，达到风力发电机的功率与风能功率的匹配，提高风 力发电机的整体性能，达到提高效率、节能、降耗的目的。
本发明的有益效果为：
(1)可以降低切入风速，增加发电时间：由于开始时只有一台发电机工作，负载小， 风力机可以轻易带动发电机，实现发电机的满负荷工作；
(2)发电的运行过程中风力机功率与发电机总体功率始终相匹配，每台发电机都基本 工作在额定状态，提高了发电机的工作效率；而不是象用一台发电机时，刚切入发电时，由 于风速小，发电机转速低，远离额定状态，效率低；
(3)本发明可以增大切除风速，提高风力发电机工作时间；
(4)本发明一拖多结构，根据风力大小调节接入的发电机，在风力机可以承受范围内， 都可以保证发电机正常工作，所以本发明还可以扩大工作风速范围。也就是增加了年发电时 数。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的控制多台发电机切入切除系统布置图；
图3为本发明的控制系统图。
其中，1、风力机；2、发电机；3、支撑平台。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1-图2所示，本发明通过以下技术方案实现，包括一台垂直轴风力机、多台发电机， 切入和切除控制器，风速检测装置及控制器的控制策略。根据风速情况，可进行各个发电机 的切入和切出控制，以保持风力机的输出功率和发电机组的最佳的匹配，提高发电效率。控 制框图见图3。
一台风力机带动2-4台发电机最为适宜，下面按一拖四进行叙述。
根据风力机获取风能公式风速检测装置将检测到的风速送给控制器。
当风速达到切入风速时，第一台发电机开始发电，这个切入风速一个比现有的一拖一的 切入风速要低，因为按照本发明的思想，单台发电机的功率小于风力机的功率。
当风速为额定风速的63％时，功率为满功率的此时控制器接入第二台发电机；
当风速为额定风速的80％时，功率为满功率的此时控制器接入第三台发电机；
当风速为额定风速的90％时，功率为满功率的此时控制器接入第四台发电机。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。