垂直轴风机制动系统、制动方法及风力发电系统技术方案

本发明专利技术涉及垂直轴风机制动系统、制动方法及风力发电系统，风力发电系统包括垂直轴风机制动系统，该制动系统包括储能装置、第一控制开关和第二控制开关，第一控制开关用于串设在垂直轴风机的电能输出端与电网之间的输电线路上，垂直轴风机的电能输出端通过输电线路连接储能装置，第二控制开关串设在垂直轴风机的电能输出端与储能装置之间的输电线路上；垂直轴风机在制动时，利用储能装置将垂直轴风机的制动回收能量存储至该储能装置中。该制动方式将制动能量进行了回收，制动能量可以用于其他地方，绿色环保，制动过程产生的能量不会白白浪费。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及垂直轴风机制动系统、制动方法及风力发电系统。
技术介绍
风力发电机按照旋转轴的方向可以分为水平轴和垂直轴两种。为了抵御强台风，通常风机都需要具有制动(刹车)功能。可靠有效的制动系统能够保证风机平稳制动，对风机起到安全保护作用。目前广泛应用的水平轴风机，水平轴发电机在强风时可以采取偏航或者变桨来减少风能捕获进而减小制动扭矩。水平轴风机固有高转速、低扭矩特性，使得同功率水平的水平轴风机制动系统设计相对简单。所以，水平轴风力发电机在制动时，通过变桨来实现制动。垂直轴风力发电机(简称垂直轴风机)具有低噪音、维护方便、叶片设计制造简单、造价低、不需对风装置、不需太高塔架等优点。而垂直轴风力发电机没有弃风能力，且固有低转速、大扭矩特性，使得垂直轴风机制动系统设计相对复杂。在遇到台风等恶劣天气或者系统故障时，垂直轴风机进入紧急制动模式。在现有的垂直轴风力发电机中，通常采用碟型或者抱闸刹车。刹车盘类制动装置易磨损，寿命有限，且一旦制动失效将给风机带来解体危险。现有的垂直轴风机在制动方面存在安全隐患且制动过程能量白白浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种垂直轴风机制动系统，用以解决传统的制动系统在制动时制动能量浪费的问题。本专利技术同时提供一种垂直轴风机制动方法和一种风力发电系统。为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种垂直轴风机制动系统，包括储能装置、第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关用于串设在垂直轴风机的电能输出端与电网之间的输电线路上，垂直轴风机的电能输出端通过输电线路连接所述储能装置，所述第二控制开关串设在垂直轴风机的电能输出端与储能装置之间的输电线路上；所述储能装置用于垂直轴风机在制动时，存储垂直轴风机的制动回收能量。所述制动系统还包括控制装置，所述控制装置控制连接所述第一控制开关和第二控制开关。所述垂直轴风机的电能输出端通过一条短接线路短接，所述短接线路上串设有短接片和第三控制开关，所述控制装置控制连接所述第三控制开关。所述制动系统还包括用于在转速为0时紧固垂直轴风机转子的刹车锁紧装置，所述控制装置控制连接所述刹车锁紧装置。所述控制装置为风机控制器，所述第一控制开关串设在垂直轴风机的电能输出端与所述风机控制器之间的输电线路上。所述制动系统还包括用于检测垂直轴风机转速的转速检测装置，所述控制装置采样连接所述转速检测装置。所述储能装置由超级电容和超级电容充电器构成，所述垂直轴风机的电能输出端通过所述超级电容充电器连接所述超级电容，所述第二控制开关串设在垂直轴风机的电能输出端与所述超级电容充电器之间的输电线路上。一种风力发电系统，包括垂直轴风机和垂直轴风机制动系统，所述制动系统包括储能装置、第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关用于串设在垂直轴风机的电能输出端与电网之间的输电线路上，垂直轴风机的电能输出端通过输电线路连接所述储能装置，所述第二控制开关串设在垂直轴风机的电能输出端与储能装置之间的输电线路上；所述储能装置用于垂直轴风机在制动时，存储垂直轴风机的制动回收能量。一种垂直轴风机制动方法，包括以下步骤：(1)当垂直轴风机进行制动时，断开垂直轴风机与电网的连接；(2)将垂直轴风机的制动回收能量存储至储能装置中，实现对垂直轴风机的制动。当垂直轴风机的转速降至0时，停止将垂直轴风机的制动回收能量存储至储能装置，通过短接片短接垂直轴风机的电能输出端，并且利用刹车锁紧装置来紧固垂直轴风机的转子。针对垂直轴风力发电机的特殊结构以及对制动的特殊要求，本专利技术提供了一种专用于垂直轴风力发电机的制动系统，该制动系统中设置有储能装置，垂直轴风机的电能输出端通过输电线路连接该储能装置。在正常情况下，垂直轴风机产生的电能输出到交流电网，实现并网；当需要制动时，首先，断开垂直轴风机与交流电网之间的连接，然后控制实现储能装置与垂直轴风机之间的电能传输，使风力发电机发出的电能存储到储能装置中，即制动能量回收至储能装置中，进而使垂直轴风机转速逐渐降低，实现对垂直轴风机的制动控制。这种制动方式相较于传统的物理制动比如采用碟型或者抱闸刹车，避免了刹车盘类制动装置易磨损的问题，由于该制动方式是能量回收的方式，所以，该制动系统的寿命得到很大程度的延长，并且不易出现制动失效的情况，避免了风机解体的危险。更重要的是，该制动方式将制动能量进行了回收，制动能量可以用于其他地方，绿色环保，制动过程产生的能量不会白白浪费。附图说明图1是垂直轴风机制动系统的控制原理示意图；图2是制动方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。本专利技术提供的风力发电系统包括垂直轴风力发电机(简称垂直轴风机)，以及制动系统，该制动系统用于垂直轴风机的制动。另外，需要说明的是，由于一般的风力场中均包括不止一个风力发电机，所以，该制动系统不但适用于单个风力发电机，还可以用在由多个风力发电机构成的风力场。由于垂直轴风力发电机属于常规技术，这里不再对其进行详细介绍，以下对该制动系统进行详细说明。该制动系统包括控制装置和储能装置。其中，控制装置是该制动系统的核心控制单元，可以采用专门设置的控制器来实现，也可以利用风力发电系统本身的控制单元来实现。由于风机控制器不但能够控制风机输出的电能，使其符合交流电网的要求，实现并网，而且，该风机控制器也有一般控制器的控制功能，即能够对输入的参数进行分析和判断，从而输出相应控制信号的功能，所以，本实施例中，利用风力发电系统中的风机控制器作为该制动系统的控制装置，实现制动控制。由于该风机控制器中不但有对电机输出电能的转换的作用，而且也有一般控制器的功能，即该风机控制器包括两部分，一部分为电能转换部分，另一部分为控制部分。由于风机控制器输出常规技术，这里不再具体说明。在本实施例中，储能装置以超级电容为例，主要考虑到超级电容功率密度高且能够耐受瞬间大电流冲击，便于制动能量的瞬时回馈，减少制动时间。但储能装置不局限于超级电容，因为随着储能技术的进步，大容量、耐冲击的储能设备均可以替代超级电容，作为制动系统中的储能装置。该制动系统还包括三个控制开关，在本实施例中，这三个控制开关均为接触器。接触器均带辅助触点，通过控制信号能够实现对接触器进行闭合、关断控制。当然，作为其他的实施例，控制开关还可以是其他的电控型器件，比如全控型开关器件IGBT等。如图1所示，三个控制开关分别是接触器2、接触器3和接触器4。垂直轴风力发电机1的电枢引出线9为垂直轴风力发电机1的组成部分，作为垂直轴风力发电机1的电能输出端，电能输出端通过输电线路连接接触器2的一端，接触器2的另一端通过风机控制器连接交流电网，具体为通过风机控制器中的电能转换部分连接交流电网；发电机电枢引出线9连接接触器3的一端，接触器3的另一端通过超级电容充电器6连接超级电容8；发电机电枢引出线9通过一条短接线路进行短接，短接线路上串设接触器4和短接片7(图中未画出。图中电枢引出线9通过接触器4连接短接片7，这种连接方式只是为了说明在接触器4闭合时短接片7能够起到一定的制动作用，所以图中的这种连接关系并不是短接片7与电枢引出线9之间的线路连接关系，短接片7与电枢引出线9之间的线路连接关系为：发电机电枢引出线9通过一条短接线路进行短接，短接线路上串设接触器4和短接片7)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直轴风机制动系统，其特征在于，包括储能装置、第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关用于串设在垂直轴风机的电能输出端与电网之间的输电线路上，垂直轴风机的电能输出端通过输电线路连接所述储能装置，所述第二控制开关串设在垂直轴风机的电能输出端与储能装置之间的输电线路上；所述储能装置用于垂直轴风机在制动时，存储垂直轴风机的制动回收能量。

【技术特征摘要】
1.一种垂直轴风机制动系统，其特征在于，包括储能装置、第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关用于串设在垂直轴风机的电能输出端与电网之间的输电线路上，垂直轴风机的电能输出端通过输电线路连接所述储能装置，所述第二控制开关串设在垂直轴风机的电能输出端与储能装置之间的输电线路上；所述储能装置用于垂直轴风机在制动时，存储垂直轴风机的制动回收能量。2.根据权利要求1所述的垂直轴风机制动系统，其特征在于，所述制动系统还包括控制装置，所述控制装置控制连接所述第一控制开关和第二控制开关。3.根据权利要求2所述的垂直轴风机制动系统，其特征在于，所述垂直轴风机的电能输出端通过一条短接线路短接，所述短接线路上串设有短接片和第三控制开关，所述控制装置控制连接所述第三控制开关。4.根据权利要求2所述的垂直轴风机制动系统，其特征在于，所述制动系统还包括用于在转速为0时紧固垂直轴风机转子的刹车锁紧装置，所述控制装置控制连接所述刹车锁紧装置。5.根据权利要求2所述的垂直轴风机制动系统，其特征在于，所述控制装置为风机控制器，所述第一控制开关串设在垂直轴风机的电能输出端与所述风机控制器之间的输电线路上。6.根据权利要求2所述的垂直轴风机制动系统，其特征在于，所述制动系统还包括用于检测垂直轴风机转速的...

【专利技术属性】
技术研发人员：田素立，赵瑞杰，邢珊珊，李朝锋，王艳领，代兴华，李红刚，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许昌许继风电科技有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41