风力发电压缩机制冷制热系统技术方案

一种风力发电压缩机制冷制热系统，包括风力发电机组、风力发电压缩机驱动器和包含由电动机驱动的压缩机的制冷制热装置。所述风力发电压缩机驱动器包括将风力发电机组的交流电转换为直流电的整流滤波模块，用于控制风力发电机组转速与整流滤波模块直流电压的电阻制动模块，与压缩机驱动电机和电阻制动模块相连接的变频器，以及主控单元。该主控单元被设置为控制变频器的输出频率令风力发电机组以最大输出功率运行，当风力电能不满足系统用电需求的情况下令市电或柴电补充供电，否则令系统优先消耗风力电能，并且还控制电阻制动模块可变地消耗直流电能，以限制风力发电机组转速和整流滤波模块直流电压，从而使系统具有较强的适应性，高效率且无需蓄电池因而节约成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电制冷制热系统，特别是一种实现风力发电机与制冷制热装置 的功率匹配的风电压缩机制冷制热系统。
技术介绍
压缩机制冷制热技术应用广泛，如冷冻冷藏、空调、热水器等。通常，压缩机制冷 制热装置依赖电能驱动，需要消耗大量的电能，在整个生产生活用电负荷中占有相当的比 重。随着风力发电技术的逐渐成熟与应用经验的不断积累，风力发电的应用方式也正逐步 拓展，开始由较为单一的并网或离网供电应用转向结合其它下游技术的应用方向转变。中国专利技术专利，专利号“200610123895. 3”公开了一种风力驱动制冷及热泵的驱 动方法和装置，利用大自然风力驱动风力涡轮机，然后由风力涡轮机通过传动机构驱动压 缩机制冷或制热。该专利技术专利采用机械传动方式，不需产生电能，能量转换直接，但是传动 机构较为复杂，故障率高，压缩机制冷制热装置须就近安装在风力涡轮机旁，应用灵活性较 差，并且压缩机的负载特性和风力涡轮机的驱动特性的不相匹配，适应风速范围较小，系统 效率较低，性能和指标很难满足多样化的生产生活需求。因此，确实需要一种结构简单可靠能够高效利用风能的压缩机制冷制热系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种令压缩机负载功率与风力发电机的最大输出功率实现 实时匹配的风电压缩机制冷制热系统。为实现上述目的，本专利技术提供了一种风力发电压缩机制冷制热系统，包括风力发 电机组、风电压缩机驱动器、以及包含由电动机驱动的压缩机的制冷制热装置。该风电压缩 机驱动器包括整流滤波模块、电阻制动模块、变频器以及主控模块。整流滤波模块将风力发 电机组的交流电转换为直流电并传输至变频器。电阻制动模块包括串联的功率电阻和功率 管，该功率管的驱动极由所述主控模块控制工作于脉冲宽度调制方式，从而令电阻制动模 块可变地消耗直流电能，以控制风力发电机组转速和整流滤波模块直流电压。变频器由主 控模块控制令风力发电机组以最大输出功率运行的方式而输出变化的频率。主控模块被设 置为根据风力发电机组的最大功率曲线来计算变频器的输出频率。其中，最大输出功率由 风力发电机组的输出交流电的频率确定。有利的是，本专利技术的风力发电机组为三相永磁直接驱动同步发电机，通过测量风 力发电机组输出的交流电频率可计算风力发电机组的转速，因此风力发电机组最大输出功 率可由交流电的频率确定。进一步有利的是，本专利技术的风力发电压缩机制冷制热系统的变频器的输入还连接 市电或柴油发电机，并且由主控模块控制令系统仅在风力电能不满足系统用电需求的情况 下由市电或柴电补充供电，否则优先消耗风电。通过上述技术方案使本专利技术取得的技术优势在于，适应性强，效率高，风力发电机组始终工作于最大输出功率状态，从而制冷制热效率最高；节约成本，无中间储能环节，即 不需要配置蓄电池组。附图说明图1为根据本专利技术的风力发电压缩机制冷制热系统原理框图。图2为风力发电机和压缩机负载的功率特性曲线示意图。具体实施例方式以下结合附图详细描述本专利技术的具体实施方式。如图1所示，根据本专利技术所提供的一种风力发电压缩机制冷制热系统，包括风力 发电机组1、风力发电压缩机驱动器2和制冷制热装置3。其中，风力发电机组1的三相输 出连接风电压缩机驱动器2的三相输入，风力发电压缩机驱动器2的变频驱动输出连接制 冷制热装置3的供电输入，风力发电压缩机驱动器2的信号输入连接制冷制热装置3的信 号输出，风力发电压缩机驱动器2的控制输出连接制冷制热装置3的控制输入。根据本专利技术的较佳实施例的风力发电机组1为三相永磁直接驱动风力发电机组， 整机采用防腐蚀处理，能够适应恶劣环境条件。三相永磁直接驱动风力发电机组的容量选 择灵活，发电效率高，可靠性好，维护量低。根据本专利技术较佳实施例的风力发电压缩机驱动器2包括整流滤波模块21、电阻制 动模块22、变频器23以及主控模块24。整流滤波模块21包含整流桥211和滤波电容212， 用于将风力发电机组1的交流电转换为直流电并传输至变频器23。电阻制动模块22包含 串联的功率电阻221和功率管222，用于消耗直流电能，其功率管222由主控模块24控制令 电阻制动模块22可变地消耗直流电能，从而控制风力发电机组转速和整流滤波模块直流 电压。风力发电机组1的三相输出接整流滤波模块21的三相输入，整流滤波模块21的 直流输出接变频器23的直流输入；市电或柴油发电的三相输入接变频器23的三相输入。 同时，变频器23的三相输出接压缩机制冷制热装置3的电动机31的三相输入。主控模块 24的驱动输出连接电阻制动模块22的功率管222的驱动极；主控模块24的模拟信号输出 连接变频器23的频率设定输入；主控模块24的启停控制输出连接变频器23的启停控制 输入；主控模块24的换向阀控制输出连接压缩机制冷制热装置3的电磁换向阀控制输入。 整流滤波模块21的正极输出连接于功率电阻221的一端以及变频器23的直流输入正极， 功率电阻211的另一端连接功率管222的集电极；整流滤波模块21的负极输出连接功率管 222的发射极和变频器23的直流输入负极。变频器23为一般市售的通用变频器，可通过模 拟信号来设定输出频率。根据本专利技术的压缩机制冷制热装置具体实施例包括电动机31、压缩机32、冷凝 器33、电磁换向阀34、节流元件35和蒸发器36。其中，蒸发器36与电磁换向阀34、电磁换 向阀34与压缩机32、压缩机32与冷凝器33、冷凝器33与节流元件35、节流元件35与蒸发 器36之间通过金属管路构成一个密闭的冷媒循环空间，压缩机32由电动机31直接驱动， 电磁换向阀34的控制输入接风电压缩机驱动器2的换向阀控制输出。制冷循环的工作过程为低温低压的液态冷媒首先在蒸发器36里从低温热源吸热并汽化为低压蒸汽，经电磁换向阀34在压缩机32内压缩为高温高压的蒸汽，该高温高压 蒸汽在冷凝器33内被高温热源冷却凝结为高压液体，再经节流元件35节流为低温低压液 态冷媒，就此完成一个制冷循环。制热循环的工作过程为由压缩机32排出的高压冷媒蒸汽经电磁换向阀34流入 蒸发器36，冷凝时放出热量，冷凝后的液态冷媒反向流过节流元件35进入冷凝器33，吸收 热量后蒸发，冷媒蒸汽经电磁换向阀34被压缩机32吸入，就此完成一个制热循环。风电压 缩机驱动器2通过主控模块24控制电磁换向阀34的状态控制冷媒在密闭循环空间的流 向，从而控制制冷和制热工况的转换。电阻制动模块22在主控模块24的控制下工作于脉冲宽度调制模式，通过主控模 块24输出的模拟信号动态调制功率管222的占空比即脉冲宽度，从而令电阻制动模块22 可变地消耗直流电能，以控制风力发电机组转速和整流滤波模块直流电压，继而实时控制 风力发电机组1转矩与转速的线性调节。风电压缩机驱动器2能够快速响应风力发电机 组1的运行控制需求，即使压缩机制冷制热装置3突然退出运行，风电压缩机驱动器2也能 够独立控制风力发电机组1减速直至停机，保证风力发电机组1的安全运行。主控模块24还包含一信号输入端口，通过该端口输入检测到的整流滤波模块21 的电流输入和输出。主控模块24根据风力发电机组1输出的交流电频率可计算出风力发 电机组1的转速，因此风力发电机组1的最大输出功率可以由交流电的频率来确定。主控 模块24被设置为根据风力发电机组1的最大输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电压缩机制冷制热系统，包括一风力发电机组（１）、以及一包含由电动机（３１）驱动的压缩机（３２）的制冷制热装置（３），其特征在于还包括一风电压缩机驱动器（２），所述风电压缩机驱动器（２）包括一整流滤波模块（２１）、一电阻制动模块（２２）、一变频器（２３）以及一主控模块（２４），其中所述整流滤波模块（２１）将风力发电机组（１）的交流电转换为直流电并传输至变频器（２３）；所述电阻制动模块（２２）由主控模块（２４）控制而可变地消耗直流电能，从而控制风力发电机组转速和整流滤波模块的直流电压；所述变频器（２３）由主控模块（２４）控制令风力发电机组（１）以最大输出功率运行的方式而输出变化的频率；并且所述主控模块（２４）被设置为根据风力发电机组（１）的最大功率曲线来计算变频器（２３）的输出频率。

【技术特征摘要】
一种风力发电压缩机制冷制热系统，包括一风力发电机组(1)、以及一包含由电动机(31)驱动的压缩机(32)的制冷制热装置(3)，其特征在于还包括一风电压缩机驱动器(2)，所述风电压缩机驱动器(2)包括一整流滤波模块(21)、一电阻制动模块(22)、一变频器(23)以及一主控模块(24)，其中所述整流滤波模块(21)将风力发电机组(1)的交流电转换为直流电并传输至变频器(23)；所述电阻制动模块(22)由主控模块(24)控制而可变地消耗直流电能，从而控制风力发电机组转速和整流滤波模块的直流电压；所述变频器(23)由主控模块(24)控制令风力发电机组(1)以最大输出功率运行的方式而输出变化的频率；并且所述主控模块(24)被设置为根据风力发电机组(1)的最大功率曲线来计算变频器(23)的输出频率。2.根据权利要求1所述的风力发电压缩机制冷制热系统，其特征在于所述最大输出功 率由风力发电机组输出的交流电频率确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞卫，何雪松，叶余胜，董斌，
申请(专利权)人：上海致远绿色能源有限公司，
类型：发明
国别省市：31[]