升力型垂直轴风力发电机组的电驱启动系统技术方案

一种垂直轴风力发电机组的电驱启动系统，它包含电驱控制器；主控制器；风速传感器、第一自动开关和第二自动开关以及电源。当外界风速v大于垂直轴风力发电机组能够切入发电的最低风速vmin以及小于垂直轴风力发电机组的最高运行风速vmax，且垂直轴风力发电机组的转速n小于在该最低风速vmin时垂直轴风力发电机组可以维持运转发电的最低转速nmin时，第一自动开关闭合，使永磁同步发电机转动，从而带动垂直轴风力发电机组加速旋转；此时永磁同步发电机相当于电动机。当垂直轴风力发电机组的转速n大于nmin后，立即切断第一自动开关，闭合第二自动开关，永磁同步发电机处于发电状态向电源输电。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Electric drive starting system of lift type vertical axis wind turbine generator set

The utility model relates to an electric drive starting system of a vertical shaft wind power generator set, which comprises an electric drive controller, a main controller, a wind speed sensor, a first automatic switch and a second automatic switch, and a power supply. When the highest speed is greater than the minimum wind speed wind V vertical axis wind turbine generator can cut Vmin and less than the vertical axis wind turbine Vmax, n speed and vertical axis wind turbine is less than the minimum power to maintain the operation in the Vmin when the wind speed vertical axis wind turbine the minimum speed of Nmin, the first automatic the switch is closed, the permanent magnet synchronous generator to rotate, so as to drive the vertical axis wind turbine speed rotation; the permanent magnet synchronous generator equivalent motor. When the speed of the vertical axis wind turbine is greater than Nmin, the first automatic switch is cut off, and the second automatic switch is closed, and the permanent magnet synchronous generator is in the power generation state to transmit power to the n power supply.

【技术实现步骤摘要】

本技术与升力型垂直轴风力发电机组有关，尤指一种可在较低风速状态下驱动升力型垂直轴风力发电机组启动的系统。
技术介绍
目前，随着能源与环境的压力增加，风能这种清洁环保，且低成本的能源越来越受到重视，而且随着技术的发展，垂直轴风力发电机组因其具有低噪音，不像水平轴风力发电机的叶轮一样需要随着风向而旋转对风等优点，受到人们越来越多的关注。其中升力型垂直轴风力发电机组由于具有较高的风能利用效率得到了广泛的应用。较高效率的升力型垂直轴风力发电机组一般具有较高的尖速比和较低的实度。这里，尖速比是指叶片的旋转线速度和风速之比；实度是指所有叶片在叶片旋转扫掠面上的垂直投影面积和与叶片旋转扫掠面积之比。但是较高效率的升力型垂直轴风力发电机组的实度一般都较低，其气动特性决定了在某一风速下，如果其转速在低于能进行最大功率转换的转速以下一定转速段时，其有一个最低的风力驱动转矩。特别是在较低风速下，该最低的驱动转矩有可能低于该转速段风力发电机组风轮连接的所有轴承的摩擦阻力转矩和发电机电磁阻力转矩之和，导致风力发电机组的风轮不能越过该较低转速段，从而不能实现较高效率的风能转换。所以，较低实度垂直轴风力发电机组在低风速时其风轮不能从一开始的静止状态开始在风力的驱动下逐步加速到较高速后获得较高的驱动转矩以更多地把风能转换为机械能。如果没有除风力外的外力作用，风力发电机组需要在一个较高的风速vs的作用下，才能自行从静止启动加速到较高的转速后持续发电运行。但是实际上只要风速在某一最小风速vmin之上，且有除风力外的外力驱动风力发电机组加速运转到超过某一最低运行转速nmin，垂直轴风力发电机即可持续运转发电，vmin要远小于vs。因此，没有采取驱动措施的较低实度升力型垂直轴风力发电机组的启动风速较高，其应用得到了限制。为了解决此问题，一些升力型垂直轴风力发电机组采用较高实度的叶片，其单个叶片弦长较长，叶片个数较多，以使得垂直轴风力发电机组能在低风下就能启动。但是由于其叶片材料增加使得叶片成本较高，强风时迎风截面较大，叶片受到的水平方向的风力合力增大，导致杆塔和基础载荷增大，从而使得杆塔和基础的建造费用上升，经济效益不佳。另外，还有一些升力型垂直轴风力发电机组采用无铁心发电机，使得发电机的电磁阻力转矩较小，所以升力型垂直轴风力发电机组的总的阻力转矩也减小，从而可以在低风速风力状态下就可启动。但是无铁心发电机效率较低，容量小，成本高，散热困难，可靠性较差，限制了风力发电机组的整体发电能力。因此，如何使升力型垂直轴风力发电机组在较低风速状态下即可克服阻力转矩而启动，为本行业所亟需解决的问题。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种在较低风速状态下驱动升力型垂直轴风力发电机组启动的系统。该启动系统可以使得升力型垂直轴风力发电机组的启动风速明显降低，在低风速风力地区也可克服阻力转矩而启动。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种升力型垂直轴风力发电机组的电驱启动系统，以升力型垂直轴风力发电机组内的永磁同步发电机为基础，它包含：一电驱控制器，所述电驱控制器分别电连接升力型垂直轴风力发电机组内的永磁同步发电机和一具有充电和供电功能的电源，串联成一启动电路；所述电驱控制器利用所述电源作为输入驱动永磁同步发电机旋转；一第一自动开关，串联在所述永磁同步发电机与所述电驱控制器之间；一主控制器，所述主控制器串联在所述永磁同步发电机的交流输出端与所述电源之间，形成一发电电路；所述永磁同步发电机发出的交流电经过所述主控制器变换后向所述电源输电；一第二自动开关串联在发电电路上，电连接永磁同步发电机和主控制器；所述主控制器分别电连接所述第一自动开关和所述第二自动开关；以控制所述第一自动开关和所述第二自动开关的闭合和断开；一风速传感器，所述风速传感器电连接所述主控制器，把风速信号传送给所述主控制器；当外界风速v大于垂直轴风力发电机组能够切入发电的最低风速vmin以及低于垂直轴风力发电机组最高运行风速，且垂直轴风力发电机组的转速n小于在该最低风速vmin时垂直轴风力发电机组可以维持运转发电的最低转速nmin时，所述主控制器控制所述第一自动开关闭合，所述电驱控制器利用所述电源作为输入驱动所述永磁同步发电机转动，从而带动垂直轴风力发电机组加速旋转，使垂直轴风力发电机组的转速n大于nmin；此时，所述永磁同步发电机相当于永磁电动机；当垂直轴风力发电机组的转速n大于nmin后，所述主控制器立即切断所述第一自动开关，闭合所述第二自动开关，在垂直轴风力发电机组的带动下永磁同步发电机旋转，此时永磁同步发电机处于发电状态，所述永磁同步发电机发出的交流电经过所述主控制器变换后向电源输电。在一较佳实施例中，所述电源是离网型风力发电机组所连接的蓄电池或所述电源是并网型风力发电机组所连接的交流电网。在一较佳实施例中，还包括有设置在永磁同步发电机的定子上的转子位置传感器，所述转子位置传感器电连接该电驱控制器；所述永磁同步发电机在电驱启动时采用具有位置传感器的控制方式驱动控制永磁同步发电机旋转。在一较佳实施例中，所述永磁同步发电机为三相永磁同步发电机；所述转子位置传感器为霍尔型位置传感器，该霍尔型位置传感器为3个，以120度电角度分布于三相永磁同步发电机的定子铁芯表面。在一较佳实施例中，所述永磁同步发电机在电驱启动时采用无位置传感器的控制方式驱动控制所述永磁同步发电机旋转。在一较佳实施例中，所述第一自动开关和第二自动开关为接触器或者继电器。在一较佳实施例中，当所述电源是蓄电池时，所述电驱控制器包含一DC/AC逆变电路和一电驱控制器控制电路，该DC/AC逆变电路通过所述第一自动开关电连接所述永磁同步发电机，该DC/AC逆变电路电连接电驱控制器控制电路，所述DC/AC逆变电路电连接蓄电池，所述电驱控制器通过DC/AC逆变电路将蓄电池提供的直流电转换成交流电，驱动永磁同步发电机旋转；或者当所述电源是交流电网时，所述电驱控制器包含一AC/AC驱动电路和一电驱控制器控制电路，该AC/AC驱动电路通过所述第一自动开关电连接所述永磁同步发电机，该AC/AC驱动电路电连接电驱控制器控制电路，所述AC/AC驱动电路电连接所述交流电网，所述电驱控制器通过AC/AC驱动电路将交流电网提供的工频交流电转换成变频变压交流电，驱动永磁同步发电机旋转。在一较佳实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升力型垂直轴风力发电机组的电驱启动系统，以升力型垂直轴风力发电机组内的永磁同步发电机为基础，其特征在于，它包含：一电驱控制器，所述电驱控制器分别电连接升力型垂直轴风力发电机组内的永磁同步发电机和一具有充电和供电功能的电源，串联成一启动电路；所述电驱控制器利用所述电源作为输入驱动永磁同步发电机旋转；一第一自动开关，串联在所述永磁同步发电机与所述电驱控制器之间；一主控制器，所述主控制器串联在所述永磁同步发电机的交流输出端与所述电源之间，形成一发电电路；所述永磁同步发电机发出的交流电经过所述主控制器变换后向所述电源输电；一第二自动开关串联在发电电路上，电连接永磁同步发电机和主控制器；所述主控制器分别电连接所述第一自动开关和所述第二自动开关；以控制所述第一自动开关和所述第二自动开关的闭合和断开；一风速传感器，所述风速传感器电连接所述主控制器，把风速信号传送给所述主控制器；当外界风速v大于垂直轴风力发电机组能够切入发电的最低风速vmin以及低于垂直轴风力发电机组最高运行风速，且垂直轴风力发电机组的转速n小于在该最低风速vmin时垂直轴风力发电机组可以维持运转发电的最低转速nmin时，所述主控制器控制所述第一自动开关闭合，所述电驱控制器利用所述电源作为输入驱动所述永磁同步发电机转动，从而带动垂直轴风力发电机组加速旋转，使垂直轴风力发电机组的转速n大于nmin；此时，所述永磁同步发电机相当于永磁电动机；当垂直轴风力发电机组的转速n大于nmin后，所述主控制器立即切断所述第一自动开关，闭合所述第二自动开关，在垂直轴风力发电机组的带动下永磁同步发电机旋转，此时永磁同步发电机处于发电状态，所述永磁同步发电机发出的交流电经过所述主控制器变换后向电源输电。...

【技术特征摘要】
1.一种升力型垂直轴风力发电机组的电驱启动系统，以升力型垂直轴风
力发电机组内的永磁同步发电机为基础，其特征在于，它包含：
一电驱控制器，所述电驱控制器分别电连接升力型垂直轴风力发电机组内
的永磁同步发电机和一具有充电和供电功能的电源，串联成一启动电路；所述
电驱控制器利用所述电源作为输入驱动永磁同步发电机旋转；
一第一自动开关，串联在所述永磁同步发电机与所述电驱控制器之间；
一主控制器，所述主控制器串联在所述永磁同步发电机的交流输出端与所
述电源之间，形成一发电电路；所述永磁同步发电机发出的交流电经过所述主
控制器变换后向所述电源输电；
一第二自动开关串联在发电电路上，电连接永磁同步发电机和主控制器；
所述主控制器分别电连接所述第一自动开关和所述第二自动开关；以控制
所述第一自动开关和所述第二自动开关的闭合和断开；
一风速传感器，所述风速传感器电连接所述主控制器，把风速信号传送给
所述主控制器；
当外界风速v大于垂直轴风力发电机组能够切入发电的最低风速vmin以
及低于垂直轴风力发电机组最高运行风速，且垂直轴风力发电机组的转速n小
于在该最低风速vmin时垂直轴风力发电机组可以维持运转发电的最低转速
nmin时，所述主控制器控制所述第一自动开关闭合，所述电驱控制器利用所述
电源作为输入驱动所述永磁同步发电机转动，从而带动垂直轴风力发电机组加
速旋转，使垂直轴风力发电机组的转速n大于nmin；此时，所述永磁同步发电
机相当于永磁电动机；
当垂直轴风力发电机组的转速n大于nmin后，所述主控制器立即切断所
述第一自动开关，闭合所述第二自动开关，在垂直轴风力发电机组的带动下永
磁同步发电机旋转，此时永磁同步发电机处于发电状态，所述永磁同步发电机
发出的交流电经过所述主控制器变换后向电源输电。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机组的电驱启动系统，其特
征在于，所述电源是离网型风力发电机组所连接的蓄电池或所述电源是并网型
风力发电机组所连接的交流电网。
3.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机组的电驱启动系统，其
特征在于，还包括有设置在永磁同步发电机的定子上的转子位置传感器，所述
转子位置传感器电连接该电驱控制器；所述永磁同步发电机在电驱启动时采用
具有位置传感器的控制方式驱动控制永磁同步发电机旋转。
4.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力发电机组的电驱启动系统，其
特征在于，所述永磁同步发电机为三相永磁同步发电机；所述转子位置传感器
为霍尔型位置传感器，该霍尔型位置传感器为3个，以120度电角度分布于三
相永磁同步发电机的定子铁芯表面。

【专利技术属性】
技术研发人员：王建辉，宋佩栋，
申请(专利权)人：国能风力发电有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11