一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统及方法，所述系统包括：电磁限速装置、不控整流供电装置和智能控制开关，电磁限速装置设置在风轮机和发电机之间；不控整流供电装置与发电机连接，通过智能控制开关为电磁限速装置供电。所述方法包括：不控整流供电装置获取发电机的部分交流电，通过智能控制开关为电磁限速装置供电；智能控制开关测量并判断不控整流供电装置的输出电压大于或等于电压阈值，则智能控制开关闭合；电磁限速装置通电并产生磁场，进一步产生电磁限速制动力矩，消耗风轮机吸收的部分风能，降低发电机转子轴的转速。本发明专利技术实施例实现了风力发电系统过风速保护功能，保证其在一定程度的过风速环境下能正常发电。

【技术实现步骤摘要】
一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统及方法
本专利技术实施例涉及风力发电
，具体涉及一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统及方法。
技术介绍
风能因其绿色环保、分布广泛以及能源丰富等特性，成为了世界各国重视的新能源之一。对于一些边远山区、农牧区的用电问题，风力发电技术的发展提供了一个良好的解决方法。但在自然条件下，风速风向存在很大的随机性，大风天气带来的过风速容易造成风力系统的输入功率过高，使得风机与发电机转子轴转速过快，造成风轮机的飞车失控、烧毁发电机与整流控制电路、损坏蓄电池，甚至导致机械部件脱落等严重后果。因此，若能在过风速时有效地限制风轮机与发电机的转子轴转速，则不仅能避免转子轴转速过快带来的严重损害，还能使风力发电系统正常地运行在过风速区间上，提高风力发电系统的风速利用区间上限，增加风电系统发电量，增大风能利用率。因此在风力发电系统的应用过程中，研究过风速下，限制风力发电系统转子轴转速的技术方法很有必要。现有技术中，小型风机的限速方式主要包括三种，一种是机械制动限速：常用的机械制动限速方式是通过减小风轮的有效迎风面积，达到减小吸收风能的效果，进而完成对系统的限速功能，其主要包括有两种方式：(1)以某种机构使风轮偏离风向；(2)以某种机构改变风轮叶片桨距角。其中，定桨距风力发电机的结构特性使其无法通过采用改变风轮叶片桨距角的方法，一般只有变桨距风力发电机，才可以通过改变风轮叶片桨距角，来实现降低风机的转速。而方法(1)采用改变风轮迎风方向的结构，其特点是小型风机的机头或某个部件处于动态支撑状态，长期运行导致的机械磨损也会增大装置的配合间隙，导致保护滞后、失效以及剧烈的震动。并且偏航系统的设置也往往价格不菲，且复杂、故障率高，维护的专业要求更高。另一种是电阻制动：电阻制动限速方式是指当风力发电机转速超过阀值时，计算当前转速下最大反向制动力矩对应的电阻，并通过调节并联电阻值实现对风机的转速控制。当采用改变并联电阻数量的方法，来调节电阻负载时，其具有调节简单，可靠性高的优点；但当并联电阻投入工作进行限速时，发电机的绕组电流也会增大，这加重了发电机的电流负担，同时发电机绕组电流的限制也缩小了电阻制动的调节范围。还有一种是摩擦限速：摩擦制动限速方式是在系统中安装刹车摩擦片、制动臂或液压装置，电开关根据风速信号完成开合动作，实现对刹车制动臂、摩擦片或液压装置的控制，达到限速制动的效果。这种方法采用的摩擦部件磨损较快，制动过程中部件间的接触也会引起震动。而其中液压限速制动法的成本也较高，维护周期短，同时液压刹车的适用温度范围也有限。因此，如何提出一种方法，能够在不显著影响风力发电系统各部件基本布局的情况下，当风速过大时能有效地降低风力发电系统转子轴的转速，保证风力发电系统在风速过大时仍能正常工作，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术实施例提供一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统及方法。一方面，本专利技术实施例提供一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统，包括：电磁限速装置、不控整流供电装置以及智能控制开关，所述电磁限速装置设置在风轮机和发电机之间，通过产生电磁限速制动力矩来降低所述发电机转子轴的转速；所述不控整流供电装置与所述发电机连接，将发电机的部分交流电整流成直流电，并通过所述智能控制开关为所述电磁限速装置供电。另一方面，本专利技术实施例提供一种应用风力发电机辅助限速系统进行风力发电机辅助限速的方法，包括：不控整流供电装置获取发电机的部分交流电，并将所述交流电整流成直流电发送至智能控制开关；所述智能控制开关测量所述不控整流供电装置的输出电压，若判断获知所述输出电压大于或等于电压阈值，则所述智能控制开关闭合；电磁限速装置通电并产生磁场，进一步产生电磁限速制动力矩，消耗风轮机吸收的部分风能，降低发电机转子轴的转速。本专利技术实施例提供的风力发电机辅助限速系统及方法，当风力发电系统处于过风速运行时，电磁制动装置启动开始工作，产生电磁限速制动力矩，消耗了部分风能，保证风轮机与发电机的转子轴转速处于正常范围内，使得风力发电系统在一定程度的过风速下仍能正常工作，既实现了风力发电系统过风速保护功能，也提高了风力发电系统的风速利用区间上限，增加风电系统发电量，增大了风能利用率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中风力发电机辅助限速系统和风力发电系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例中电磁限速装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例中的制动盘产生电磁限速制动力矩的示意图；图4为本专利技术实施例中绕组线圈的磁力线分布示意图；图5为本专利技术实施例中智能控制开关的结构示意图；图6为本专利技术实施例中的风力发电机辅助限速系统的功率平衡调节路径示意图；图7为本专利技术实施例中风力发电机辅助限速方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例中风力发电机辅助限速系统和风力发电系统的结构示意图，如图1所示，本专利技术实施例提供的风力发电机辅助限速系统包括：电磁限速装置5、不控整流供电装置、6以及智能控制开关7，电磁限速装置5设置在风轮机1和发电机2之间，通过产生电磁限速制动力矩来降低发电机2转子轴的转速；不控整流供电装置6与发电机2连接，将发电机2的部分交流电整流成直流电，并通过智能控制开关7为电磁限速装置5供电。具体地，如图1所示，风力发电系统通常包括风轮机1、发电机2、系统整流逆变装置3以及终端输出4，风轮机1吸收风能后，驱动发电机2运转；发电机2生产的电能经过系统整流逆变装置3，转化为标准电能，标准电能输送至蓄电池或者电网等终端输出4。当风速过大时，风轮机1的转速会超过其额定转速，而风轮机1和发电机2是同轴旋转，风轮机1旋转驱动发电机2旋转，当风轮机1转速过大时，会引起风轮机1飞车失控，并且发电机2的转子轴的转速也会过快，使得发电机2的功率过大，导致发电机2、整流控制装置3以及蓄电池或者电网等终端输出4烧毁。本专利技术实施例在风轮机1和发电机2之间设置电磁限速装置5，并设置有与发电机2连接的不控整流供电装置6，不控整流供电装置6具有容量小的特点，其包括桥式不控整流电路，将从发电机2处获得的部分交流电整流成直流电，并通过智能控制开关7为电磁限速装置5供电。当然具体将交流电整流成直流电的方法还可以是其他方法，本专利技术实施例不作具体限定。当风力过大时，智能控制开关7闭合以使不控整流供电装置6为电磁限速装置5供电。电磁限速装置5通电后会产生电磁限速制动力矩，抵消部分风力发电系统的输入力矩，消耗风轮机1吸收的部分风能，从而降低发电机2的转子轴的转速。当风速过大时，系统整流逆变装置3会启动过风速保护而断开，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统，其特征在于，包括：电磁限速装置、不控整流供电装置以及智能控制开关，所述电磁限速装置设置在风轮机和发电机之间，通过产生电磁限速制动力矩来降低所述发电机转子轴的转速；所述不控整流供电装置与所述发电机连接，将所述发电机的部分交流电整流成直流电，并通过所述智能控制开关为所述电磁限速装置供电。

【技术特征摘要】
1.一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统，其特征在于，包括：电磁限速装置、不控整流供电装置以及智能控制开关，所述电磁限速装置设置在风轮机和发电机之间，通过产生电磁限速制动力矩来降低所述发电机转子轴的转速；所述不控整流供电装置与所述发电机连接，将所述发电机的部分交流电整流成直流电，并通过所述智能控制开关为所述电磁限速装置供电。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电磁限速装置包括：制动盘和带绕组线圈的铁芯，所述制动盘设置在所述风轮机和所述发电机之间，与所述风轮机以及所述发电机同轴旋转；所述绕组线圈与所述智能控制开关连接，且所述带绕组线圈的铁芯与所述制动盘之间的距离不小于预设距离，以使得所述制动盘旋转后能够切割所述带绕组线圈的铁芯通电后产生的磁力线而产生电磁限速制动力矩。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述制动盘和所述带绕组线圈的铁芯设置在所述发电机的机舱外，其中所述带绕组线圈的铁芯一端设置在所述机舱的外壁上，另一端与所述制动盘之间有一定的间隙，所述间隙在预设范围内。4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述带绕组线圈的铁芯与所述制动盘的轴线平行但不重合，其中所述铁芯的轴线方向与所述绕组线圈的缠绕方向符合右手螺旋定则关系。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能控制开关包括：测量单元、逻辑单元和执行...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟庆志，黄业达，肖雨田，魏文强，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11