垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)方法及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)方法及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，該制動(dòng)系統(tǒng)包括儲(chǔ)能裝置、第一控制開(kāi)關(guān)和第二控制開(kāi)關(guān)，第一控制開(kāi)關(guān)用于串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與電網(wǎng)之間的輸電線路上，垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端通過(guò)輸電線路連接儲(chǔ)能裝置，第二控制開(kāi)關(guān)串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與儲(chǔ)能裝置之間的輸電線路上；垂直軸風(fēng)機(jī)在制動(dòng)時(shí)，利用儲(chǔ)能裝置將垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)回收能量存儲(chǔ)至該儲(chǔ)能裝置中。該制動(dòng)方式將制動(dòng)能量進(jìn)行了回收，制動(dòng)能量可以用于其他地方，綠色環(huán)保，制動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的能量不會(huì)白白浪費(fèi)。
【專利說(shuō)明】
垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)方法及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)方法及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)按照旋轉(zhuǎn)軸的方向可以分為水平軸和垂直軸兩種。為了抵御強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，通常風(fēng)機(jī)都需要具有制動(dòng)(剎車(chē))功能。可靠有效的制動(dòng)系統(tǒng)能夠保證風(fēng)機(jī)平穩(wěn)制動(dòng)，對(duì)風(fēng)機(jī)起到安全保護(hù)作用。
[0003]目前廣泛應(yīng)用的水平軸風(fēng)機(jī)，水平軸發(fā)電機(jī)在強(qiáng)風(fēng)時(shí)可以采取偏航或者變槳來(lái)減少風(fēng)能捕獲進(jìn)而減小制動(dòng)扭矩。水平軸風(fēng)機(jī)固有高轉(zhuǎn)速、低扭矩特性，使得同功率水平的水平軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。所以，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在制動(dòng)時(shí)，通過(guò)變槳來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
[0004]垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(簡(jiǎn)稱垂直軸風(fēng)機(jī))具有低噪音、維護(hù)方便、葉片設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單、造價(jià)低、不需對(duì)風(fēng)裝置、不需太高塔架等優(yōu)點(diǎn)。而垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)沒(méi)有棄風(fēng)能力，且固有低轉(zhuǎn)速、大扭矩特性，使得垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜。
[0005]在遇到臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣或者系統(tǒng)故障時(shí)，垂直軸風(fēng)機(jī)進(jìn)入緊急制動(dòng)模式。在現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，通常采用碟型或者抱閘剎車(chē)。剎車(chē)盤(pán)類制動(dòng)裝置易磨損，壽命有限，且一旦制動(dòng)失效將給風(fēng)機(jī)帶來(lái)解體危險(xiǎn)?，F(xiàn)有的垂直軸風(fēng)機(jī)在制動(dòng)方面存在安全隱患且制動(dòng)過(guò)程能量白白浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，用以解決傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)制動(dòng)能量浪費(fèi)的問(wèn)題。本發(fā)明同時(shí)提供一種垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)方法和一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，包括儲(chǔ)能裝置、第一控制開(kāi)關(guān)和第二控制開(kāi)關(guān)，所述第一控制開(kāi)關(guān)用于串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與電網(wǎng)之間的輸電線路上，垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端通過(guò)輸電線路連接所述儲(chǔ)能裝置，所述第二控制開(kāi)關(guān)串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與儲(chǔ)能裝置之間的輸電線路上;所述儲(chǔ)能裝置用于垂直軸風(fēng)機(jī)在制動(dòng)時(shí)，存儲(chǔ)垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)回收能量。
[0008]所述制動(dòng)系統(tǒng)還包括控制裝置，所述控制裝置控制連接所述第一控制開(kāi)關(guān)和第二控制開(kāi)關(guān)。
[0009]所述垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端通過(guò)一條短接線路短接，所述短接線路上串設(shè)有短接片和第三控制開(kāi)關(guān)，所述控制裝置控制連接所述第三控制開(kāi)關(guān)。
[0010]所述制動(dòng)系統(tǒng)還包括用于在轉(zhuǎn)速為O時(shí)緊固垂直軸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的剎車(chē)鎖緊裝置，所述控制裝置控制連接所述剎車(chē)鎖緊裝置。
[0011]所述控制裝置為風(fēng)機(jī)控制器，所述第一控制開(kāi)關(guān)串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與所述風(fēng)機(jī)控制器之間的輸電線路上。
[0012]所述制動(dòng)系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)垂直軸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，所述控制裝置采樣連接所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。
[0013]所述儲(chǔ)能裝置由超級(jí)電容和超級(jí)電容充電器構(gòu)成，所述垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端通過(guò)所述超級(jí)電容充電器連接所述超級(jí)電容，所述第二控制開(kāi)關(guān)串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與所述超級(jí)電容充電器之間的輸電線路上。
[0014]—種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括垂直軸風(fēng)機(jī)和垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，所述制動(dòng)系統(tǒng)包括儲(chǔ)能裝置、第一控制開(kāi)關(guān)和第二控制開(kāi)關(guān)，所述第一控制開(kāi)關(guān)用于串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與電網(wǎng)之間的輸電線路上，垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端通過(guò)輸電線路連接所述儲(chǔ)能裝置，所述第二控制開(kāi)關(guān)串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與儲(chǔ)能裝置之間的輸電線路上；所述儲(chǔ)能裝置用于垂直軸風(fēng)機(jī)在制動(dòng)時(shí)，存儲(chǔ)垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)回收能量。
[0015]—種垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)方法，包括以下步驟:
[0016](I)當(dāng)垂直軸風(fēng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，斷開(kāi)垂直軸風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)的連接；
[0017](2)將垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)回收能量存儲(chǔ)至儲(chǔ)能裝置中，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)。
[0018]當(dāng)垂直軸風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降至O時(shí)，停止將垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)回收能量存儲(chǔ)至儲(chǔ)能裝置，通過(guò)短接片短接垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端，并且利用剎車(chē)鎖緊裝置來(lái)緊固垂直軸風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子。
[0019]針對(duì)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)以及對(duì)制動(dòng)的特殊要求，本發(fā)明提供了一種專用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)，該制動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置有儲(chǔ)能裝置，垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端通過(guò)輸電線路連接該儲(chǔ)能裝置。在正常情況下，垂直軸風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能輸出到交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)；當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，首先，斷開(kāi)垂直軸風(fēng)機(jī)與交流電網(wǎng)之間的連接，然后控制實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置與垂直軸風(fēng)機(jī)之間的電能傳輸，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能存儲(chǔ)到儲(chǔ)能裝置中，即制動(dòng)能量回收至儲(chǔ)能裝置中，進(jìn)而使垂直軸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸降低，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)控制。這種制動(dòng)方式相較于傳統(tǒng)的物理制動(dòng)比如采用碟型或者抱閘剎車(chē)，避免了剎車(chē)盤(pán)類制動(dòng)裝置易磨損的問(wèn)題，由于該制動(dòng)方式是能量回收的方式，所以，該制動(dòng)系統(tǒng)的壽命得到很大程度的延長(zhǎng)，并且不易出現(xiàn)制動(dòng)失效的情況，避免了風(fēng)機(jī)解體的危險(xiǎn)。更重要的是，該制動(dòng)方式將制動(dòng)能量進(jìn)行了回收，制動(dòng)能量可以用于其他地方，綠色環(huán)保，制動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的能量不會(huì)白白浪費(fèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的控制原理示意圖；
[0021]圖2是制動(dòng)方法的流程不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0023]本發(fā)明提供的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(簡(jiǎn)稱垂直軸風(fēng)機(jī))，以及制動(dòng)系統(tǒng)，該制動(dòng)系統(tǒng)用于垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)。另外，需要說(shuō)明的是，由于一般的風(fēng)力場(chǎng)中均包括不止一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所以，該制動(dòng)系統(tǒng)不但適用于單個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，還可以用在由多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)成的風(fēng)力場(chǎng)。由于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)屬于常規(guī)技術(shù)，這里不再對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹，以下對(duì)該制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]該制動(dòng)系統(tǒng)包括控制裝置和儲(chǔ)能裝置。
[0025]其中，控制裝置是該制動(dòng)系統(tǒng)的核心控制單元，可以采用專門(mén)設(shè)置的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以利用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)本身的控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于風(fēng)機(jī)控制器不但能夠控制風(fēng)機(jī)輸出的電能，使其符合交流電網(wǎng)的要求，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，而且，該風(fēng)機(jī)控制器也有一般控制器的控制功能，即能夠?qū)斎氲膮?shù)進(jìn)行分析和判斷，從而輸出相應(yīng)控制信號(hào)的功能，所以，本實(shí)施例中，利用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)控制器作為該制動(dòng)系統(tǒng)的控制裝置，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制。由于該風(fēng)機(jī)控制器中不但有對(duì)電機(jī)輸出電能的轉(zhuǎn)換的作用，而且也有一般控制器的功能，即該風(fēng)機(jī)控制器包括兩部分，一部分為電能轉(zhuǎn)換部分，另一部分為控制部分。由于風(fēng)機(jī)控制器輸出常規(guī)技術(shù)，這里不再具體說(shuō)明。
[0026]在本實(shí)施例中，儲(chǔ)能裝置以超級(jí)電容為例，主要考慮到超級(jí)電容功率密度高且能夠耐受瞬間大電流沖擊，便于制動(dòng)能量的瞬時(shí)回饋，減少制動(dòng)時(shí)間。但儲(chǔ)能裝置不局限于超級(jí)電容，因?yàn)殡S著儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步，大容量、耐沖擊的儲(chǔ)能設(shè)備均可以替代超級(jí)電容，作為制動(dòng)系統(tǒng)中的儲(chǔ)能裝置。
[0027]該制動(dòng)系統(tǒng)還包括三個(gè)控制開(kāi)關(guān)，在本實(shí)施例中，這三個(gè)控制開(kāi)關(guān)均為接觸器。接觸器均帶輔助觸點(diǎn)，通過(guò)控制信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)接觸器進(jìn)行閉合、關(guān)斷控制。當(dāng)然，作為其他的實(shí)施例，控制開(kāi)關(guān)還可以是其他的電控型器件，比如全控型開(kāi)關(guān)器件IGBT等。
[0028]如圖1所示，三個(gè)控制開(kāi)關(guān)分別是接觸器2、接觸器3和接觸器4。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的電樞引出線9為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的組成部分，作為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的電能輸出端，電能輸出端通過(guò)輸電線路連接接觸器2的一端，接觸器2的另一端通過(guò)風(fēng)機(jī)控制器連接交流電網(wǎng)，具體為通過(guò)風(fēng)機(jī)控制器中的電能轉(zhuǎn)換部分連接交流電網(wǎng)；發(fā)電機(jī)電樞引出線9連接接觸器3的一端，接觸器3的另一端通過(guò)超級(jí)電容充電器6連接超級(jí)電容8;發(fā)電機(jī)電樞引出線9通過(guò)一條短接線路進(jìn)行短接，短接線路上串設(shè)接觸器4和短接片7(圖中未畫(huà)出。圖中電樞引出線9通過(guò)接觸器4連接短接片7，這種連接方式只是為了說(shuō)明在接觸器4閉合時(shí)短接片7能夠起到一定的制動(dòng)作用，所以圖中的這種連接關(guān)系并不是短接片7與電樞引出線9之間的線路連接關(guān)系，短接片7與電樞引出線9之間的線路連接關(guān)系為:發(fā)電機(jī)電樞引出線9通過(guò)一條短接線路進(jìn)行短接，短接線路上串設(shè)接觸器4和短接片7)。
[0029]短接片的工作原理及工作過(guò)程為:短接片本質(zhì)上講是具備線路短接功能的銅排端子，接觸器4閉合時(shí)，風(fēng)機(jī)輸出端子被短接。根據(jù)楞次定律，永磁體轉(zhuǎn)子形成的氣隙磁通不能突變，如果此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使通過(guò)定子閉合線圈的磁通量發(fā)生變化，定子線圈會(huì)產(chǎn)生電流阻礙這種變化的發(fā)生，即產(chǎn)生力矩阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。與風(fēng)機(jī)電磁制動(dòng)器10配合使用，用于風(fēng)機(jī)停止后的制動(dòng)控制。
[0030]為了實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制，風(fēng)機(jī)控制器5通過(guò)信號(hào)傳輸線路分別連接接觸器2、接觸器3和接觸器4，該信號(hào)傳輸線路不但傳輸風(fēng)機(jī)控制器5輸送給接觸器2、接觸器3和接觸器4的控制信號(hào)，而且還能夠傳輸接觸器2、接觸器3和接觸器4反饋給風(fēng)機(jī)控制器5的狀態(tài)信號(hào)。
[0031]為了在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的轉(zhuǎn)速為O時(shí)，S卩垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I停轉(zhuǎn)時(shí)緊固風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，防止風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，該制動(dòng)系統(tǒng)還包括剎車(chē)鎖緊裝置，可以為傳統(tǒng)的靠磨損來(lái)制動(dòng)的制動(dòng)器，也可以如本實(shí)施例中的以電磁式制動(dòng)器為例。該電磁式制動(dòng)器設(shè)置在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的固定部分，用于對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行固定，如圖1所示。電磁式制動(dòng)器10主要用于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子部分進(jìn)行固定，區(qū)別于傳統(tǒng)制動(dòng)器靠磨損來(lái)制動(dòng)的設(shè)計(jì)方式。風(fēng)機(jī)控制器5控制連接電磁式制動(dòng)器10。另外，為了進(jìn)一步便于自動(dòng)化控制，該電磁式制動(dòng)器可以使用帶狀態(tài)反饋的制動(dòng)器，能夠向風(fēng)機(jī)控制器輸出狀態(tài)信號(hào)，如果不帶反饋信號(hào)則通過(guò)延時(shí)方式進(jìn)行剎車(chē)及釋放操作。且與短接片制動(dòng)結(jié)合使用，互為備用，冗余保護(hù)。短接片也可以使用導(dǎo)線替代，用于增加制動(dòng)扭矩，與電磁式制動(dòng)器互為補(bǔ)充，短接片7與風(fēng)機(jī)電磁制動(dòng)器10配合使用，用于風(fēng)機(jī)停止后的制動(dòng)控制。
[0032]為了配合對(duì)電磁式制動(dòng)器10的控制，該制動(dòng)系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的轉(zhuǎn)速，設(shè)置在能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)速的位置，圖1中未畫(huà)出。風(fēng)機(jī)控制器5采樣連接該轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。
[0033]在本實(shí)施例中，風(fēng)機(jī)控制器5使用數(shù)字量開(kāi)出(DO)控制接觸器2、接觸器3、接觸器4以及電磁式制動(dòng)器10，接觸器2、接觸器3、接觸器4以及電磁式制動(dòng)器10的狀態(tài)信號(hào)反饋至風(fēng)機(jī)控制器5作為數(shù)字量開(kāi)入(DI)。風(fēng)機(jī)控制器5根據(jù)反饋信號(hào)來(lái)判斷接觸器和電磁式制動(dòng)器的狀態(tài)，狀態(tài)信號(hào)判斷貫穿整個(gè)制動(dòng)過(guò)程。
[0034]另外，由于風(fēng)機(jī)控制器5中的控制部分實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制，那么，上述風(fēng)機(jī)控制器5上的開(kāi)入和開(kāi)出端均實(shí)際上是風(fēng)機(jī)控制器5中的控制部分上的相應(yīng)端口。該控制部分的供電電源可以是專門(mén)設(shè)置的電源，也可以采用上述超級(jí)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)供電，由于控制部分的供電不屬于本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)，所以，這里就不再具體描述。另外，由于該控制部分有專門(mén)的電源供電，所以在接觸器2斷開(kāi)時(shí)，并不影響控制部分的供電。
[0035]基于上述制動(dòng)系統(tǒng)，本發(fā)明提供一種制動(dòng)方法，如圖2所示為該制動(dòng)控制方法的具體實(shí)施流程圖。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I在風(fēng)機(jī)控制器5的作用下進(jìn)入制動(dòng)控制，所以，該制動(dòng)控制方法為設(shè)置在風(fēng)機(jī)控制器5控制部分中的軟件程序，該軟件程序以定時(shí)掃描或者定時(shí)中斷的方式在風(fēng)機(jī)控制器5中實(shí)施。
[0036]正常運(yùn)行時(shí)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I與風(fēng)機(jī)控制器5之間接觸器2閉合，與超級(jí)電容8之間的接觸器3以及與短接片之7間的接觸器4斷開(kāi)。電磁式制動(dòng)器10處于剎車(chē)釋放狀態(tài)。
[0037]在接收到上位控制器制動(dòng)命令或者進(jìn)入緊急制動(dòng)條件滿足(如風(fēng)速過(guò)大、系統(tǒng)故障)時(shí)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I在風(fēng)機(jī)控制器5的作用下進(jìn)入制動(dòng)流程。
[0038]上位控制器下發(fā)制動(dòng)命令或者滿足緊急制動(dòng)條件時(shí)，首先斷開(kāi)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I與風(fēng)機(jī)控制器5之間的接觸器2，接觸器2的觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)(即斷開(kāi)信號(hào))反饋至風(fēng)機(jī)控制器5。在制動(dòng)時(shí)，首先需斷開(kāi)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I與風(fēng)機(jī)控制器5之間的接觸器2是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的一種保護(hù)，因?yàn)橐坏┌l(fā)生故障，風(fēng)機(jī)控制器5很可能沒(méi)有辦法將垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的能量饋送至電網(wǎng)；或者在風(fēng)速超大的情況下，通過(guò)強(qiáng)行饋送能量的方式制動(dòng)容易造成超級(jí)電容8的過(guò)載損壞。
[0039]風(fēng)機(jī)控制器5根據(jù)接觸器2的觸點(diǎn)的返回信號(hào)判定接觸器2是否已經(jīng)斷開(kāi)，若斷開(kāi)則控制閉合垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I與超級(jí)電容充電器6之間的接觸器3，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的存儲(chǔ)。進(jìn)一步地，超級(jí)電容充電器6可以通過(guò)恒電流充電方式進(jìn)行制動(dòng)過(guò)程的能量存儲(chǔ)，電流控制量可以結(jié)合風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)特性進(jìn)行規(guī)劃，以使得風(fēng)機(jī)制動(dòng)快速、平穩(wěn)。而且，接觸器3的觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)反饋至風(fēng)機(jī)控制器5。隨著充電的進(jìn)行，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的轉(zhuǎn)速逐漸降低。
[0040]風(fēng)機(jī)控制器5根據(jù)接觸器3的觸點(diǎn)返回信號(hào)判定接觸器3是否已經(jīng)閉合，若閉合、且經(jīng)超級(jí)電容8充電制動(dòng)以后垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的轉(zhuǎn)速降為O時(shí)，控制斷開(kāi)接觸器3，結(jié)束制動(dòng)回收能量存儲(chǔ)到超級(jí)電容8中，同時(shí)控制閉合接觸器4，利用短接片進(jìn)行短接制動(dòng)，同時(shí)向電磁式制動(dòng)器10發(fā)送制動(dòng)命令。接觸器4的觸點(diǎn)信號(hào)反饋至風(fēng)機(jī)控制器5。短接片7主要作用是增加制動(dòng)扭矩；電磁制動(dòng)主要作用是在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為零時(shí)緊固風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，防止風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0041]風(fēng)機(jī)控制器5根據(jù)接觸器4的觸點(diǎn)返回信號(hào)判定接觸器4是否已經(jīng)閉合，若閉合、且電磁式制動(dòng)器10處于剎車(chē)狀態(tài)時(shí)，風(fēng)機(jī)控制器5上送制動(dòng)完成信息。
[0042]至此完成垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)。
[0043]所以，該制動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，首先斷開(kāi)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)機(jī)控制器之間的接觸器，接著投入超級(jí)電容儲(chǔ)能制動(dòng)，在風(fēng)機(jī)平穩(wěn)停機(jī)后投入短接片制動(dòng)及電磁式制動(dòng)器，用于增加制動(dòng)扭矩保證風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子緊固。
[0044]另外，在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程與制動(dòng)過(guò)程操作完全相反，即首先釋放電磁式制動(dòng)器10，斷開(kāi)接觸器4和接觸器3，然后閉合接觸器2進(jìn)行風(fēng)機(jī)控制或者并網(wǎng)發(fā)電。
[0045]在此制動(dòng)系統(tǒng)中，超級(jí)電容充電器主要作用是將風(fēng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在超級(jí)電容內(nèi)。超級(jí)電容可以為專門(mén)用來(lái)存儲(chǔ)制動(dòng)能量的儲(chǔ)能設(shè)備，當(dāng)然，還可以作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的UPS備用電源，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)能量的重復(fù)利用。該UPS備用電源具備兩種用途，正常運(yùn)行時(shí)從交流電網(wǎng)得電作為系統(tǒng)備用電源，制動(dòng)時(shí)存儲(chǔ)風(fēng)機(jī)制動(dòng)能量。另外，由于在非制動(dòng)情況下通過(guò)交流電對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電，那么就需要保證充電電壓值設(shè)定留有一定裕量，因?yàn)楸阌谠谙到y(tǒng)制動(dòng)時(shí)能夠?qū)L(fēng)機(jī)制動(dòng)能量全部存儲(chǔ)于超級(jí)電容內(nèi)。
[0046]另外，由于接觸器和電磁式制動(dòng)器有賴于電磁控制，因此可以采用延時(shí)的方式判斷接觸器和電磁式制動(dòng)器是否故障，綜合使用說(shuō)明書(shū)，比如采用10ms延時(shí)判斷狀態(tài)返回信號(hào)的方式能夠準(zhǔn)確的判斷是否故障，即如果風(fēng)機(jī)控制器在發(fā)出控制信號(hào)之后延時(shí)10ms時(shí)，風(fēng)機(jī)控制器沒(méi)有接收到狀態(tài)返回信號(hào)，那么，表示有故障；否則，判斷風(fēng)機(jī)控制器輸出的控制信號(hào)與接觸器狀態(tài)返回信號(hào)或者電磁式制動(dòng)器狀態(tài)返回信號(hào)是否一致，如果一致，表示無(wú)故障，否則，表示故障。
[0047]在出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)延時(shí)控制方式來(lái)進(jìn)行接觸器和電磁式制動(dòng)器的順序投切制動(dòng)，以保證風(fēng)機(jī)安全。
[0048]風(fēng)機(jī)制動(dòng)過(guò)程應(yīng)該嚴(yán)格按照制動(dòng)流程步驟來(lái)執(zhí)行，出現(xiàn)制動(dòng)故障后啟動(dòng)備用制動(dòng)過(guò)程操作，并上報(bào)后臺(tái)制動(dòng)故障信息。
[0049]由于接觸器故障后，不知道接觸器的真實(shí)狀態(tài)，三個(gè)接觸器同時(shí)損壞的概率幾乎為0，但一旦某個(gè)接觸器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)除了進(jìn)行故障報(bào)文上送之外還要進(jìn)行緊急制動(dòng)處理?！揪唧w實(shí)施方式】為:一旦出現(xiàn)接觸器故障，首先下發(fā)接觸器2斷開(kāi)、接觸器3閉合命令，不檢查觸點(diǎn)返回信號(hào)，延時(shí)20s(實(shí)驗(yàn)測(cè)試風(fēng)機(jī)從額定風(fēng)速經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能制動(dòng)減速至O的時(shí)間)下發(fā)接觸器3斷開(kāi)、接觸器4閉合命令，延時(shí)5s下發(fā)電磁制動(dòng)命令。風(fēng)機(jī)制動(dòng)結(jié)束。
[0050]上述實(shí)施例中，在制動(dòng)過(guò)程中，接觸器在斷開(kāi)或者閉合后須將狀態(tài)信息返回給風(fēng)機(jī)控制器，風(fēng)力控制器根據(jù)返回信息能夠確定接觸器的狀態(tài)，以此進(jìn)行后續(xù)的控制，這種控制方式更加精確。當(dāng)然，作為其他的實(shí)施例，在控制時(shí)，只控制接觸器的動(dòng)作，不返回狀態(tài)信息，這種控制方式雖然沒(méi)有上述實(shí)施例中的控制方式精確，但是也是完全能夠?qū)嵤┑摹?br>[0051]上述實(shí)施例中，制動(dòng)系統(tǒng)中的控制開(kāi)關(guān)為電控型開(kāi)關(guān)，由控制裝置實(shí)現(xiàn)控制，作為其他的實(shí)施例，這些控制開(kāi)關(guān)還可以是手動(dòng)控制型開(kāi)關(guān)，在制動(dòng)時(shí)直接由人工控制，這樣的話，該制動(dòng)系統(tǒng)中就無(wú)需設(shè)置控制裝置。
[0052]上述實(shí)施例中，該制動(dòng)系統(tǒng)包括儲(chǔ)能裝置之外，還包括電磁式制動(dòng)器和短接片，當(dāng)然，這只是一種優(yōu)化的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基本思路在于使用儲(chǔ)能裝置進(jìn)行制動(dòng)能量的回收利用，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不脫離上述基本思路下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的優(yōu)化仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，包括儲(chǔ)能裝置、第一控制開(kāi)關(guān)和第二控制開(kāi)關(guān)，所述第一控制開(kāi)關(guān)用于串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與電網(wǎng)之間的輸電線路上，垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端通過(guò)輸電線路連接所述儲(chǔ)能裝置，所述第二控制開(kāi)關(guān)串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與儲(chǔ)能裝置之間的輸電線路上;所述儲(chǔ)能裝置用于垂直軸風(fēng)機(jī)在制動(dòng)時(shí)，存儲(chǔ)垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)回收能量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述制動(dòng)系統(tǒng)還包括控制裝置，所述控制裝置控制連接所述第一控制開(kāi)關(guān)和第二控制開(kāi)關(guān)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端通過(guò)一條短接線路短接，所述短接線路上串設(shè)有短接片和第三控制開(kāi)關(guān)，所述控制裝置控制連接所述第三控制開(kāi)關(guān)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述制動(dòng)系統(tǒng)還包括用于在轉(zhuǎn)速為O時(shí)緊固垂直軸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的剎車(chē)鎖緊裝置，所述控制裝置控制連接所述剎車(chē)鎖緊目.ο5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置為風(fēng)機(jī)控制器，所述第一控制開(kāi)關(guān)串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與所述風(fēng)機(jī)控制器之間的輸電線路上。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述制動(dòng)系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)垂直軸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，所述控制裝置采樣連接所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能裝置由超級(jí)電容和超級(jí)電容充電器構(gòu)成，所述垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端通過(guò)所述超級(jí)電容充電器連接所述超級(jí)電容，所述第二控制開(kāi)關(guān)串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與所述超級(jí)電容充電器之間的輸電線路上。8.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括垂直軸風(fēng)機(jī)和垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)，所述制動(dòng)系統(tǒng)包括儲(chǔ)能裝置、第一控制開(kāi)關(guān)和第二控制開(kāi)關(guān)，所述第一控制開(kāi)關(guān)用于串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與電網(wǎng)之間的輸電線路上，垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端通過(guò)輸電線路連接所述儲(chǔ)能裝置，所述第二控制開(kāi)關(guān)串設(shè)在垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端與儲(chǔ)能裝置之間的輸電線路上;所述儲(chǔ)能裝置用于垂直軸風(fēng)機(jī)在制動(dòng)時(shí)，存儲(chǔ)垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)回收能量。9.一種垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)當(dāng)垂直軸風(fēng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，斷開(kāi)垂直軸風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)的連接； (2)將垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)回收能量存儲(chǔ)至儲(chǔ)能裝置中，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的垂直軸風(fēng)機(jī)制動(dòng)方法，其特征在于，當(dāng)垂直軸風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降至O時(shí)，停止將垂直軸風(fēng)機(jī)的制動(dòng)回收能量存儲(chǔ)至儲(chǔ)能裝置，通過(guò)短接片短接垂直軸風(fēng)機(jī)的電能輸出端，并且利用剎車(chē)鎖緊裝置來(lái)緊固垂直軸風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子。
【文檔編號(hào)】F03D7/06GK106089582SQ201610666818
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月15日 公開(kāi)號(hào)201610666818.6, CN 106089582 A, CN 106089582A, CN 201610666818, CN-A-106089582, CN106089582 A, CN106089582A, CN201610666818, CN201610666818.6
【發(fā)明人】田素立, 趙瑞杰, 邢珊珊, 李朝鋒, 王艷領(lǐng), 代興華, 李紅剛
【申請(qǐng)人】許繼集團(tuán)有限公司, 許昌許繼風(fēng)電科技有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司