[实用新型]开关磁阻风力发电装置

说明书

技术领域

开关磁阻风力发电装置，属于发电设备领域。

背景技术

目前在现场使用的风力发电装置中，发电机一般是采用普通异步感应发电机、同步发电机、直流发电机和双馈发电机四种。普通发电机只有工作在额定转速附近时才能高效率的发电，否则发电效率很低甚至无法发电。为了将风速提高到电机的额定转速，普通风力发电装置一般都需要安装大比例的增速齿轮箱，靠增速齿轮箱使发电机工作在额定转速附近。增速齿轮箱安装、维护比较困难，而且由此也降低了风能利用效率。普通风力发电装置在距离额定转速很高或很低时都无法发电运行，变速范围不够宽，而且偏离额定转速越多，发电效率越低，风能利用率也越低。

开关磁阻电机为双凸极电机，定子、转子均为凸极齿槽结构，定子上设有集中绕组，转子上既无绕组也无永磁体，由此带来变换器及控制、驱动的简洁性。开关磁阻电机具有结构简单、成本低、控制灵活、容错能力高等优良特性。对开关磁阻电机进行电动运行的研究开展的较早，目前广泛应用于电力机车、以及需要四象限运行调速系统和在宽广的速度范围内实现高效率运行的系统中，但对其发电运行特性研究，直到20世纪80年代末才得到重视。

开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator，简称SRG)的变速运行范围宽，低速运行性能好，电机结构简单，可靠性高，电机的损耗小，运行效率高，输出为恒压直流电，易于并网，同时可将齿轮箱省掉，提高了对风能的利用效率。就目前掌握的资料来看，尚无关于开关磁阻风力发电实用化的相关文献报道。

因此设计一种能实现开关磁阻风力发电现场运行的装置对于提高风能利用效率、降低风力发电成本有着重要意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有的风力发电系统需要安装增速齿轮箱、风能利用效率低、变速范围不够宽等缺点，提供一种能在现场使用的开关磁阻风力发电装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该开关磁阻风力发电装置，包括风轮机、发电机、蓄电池、塔架，其特征在于：还包括风力发电控制器，二极管、储能电容，发电机为开关磁阻发电机、塔架为带滑环的塔架，开关磁阻发电机和风轮机直接连接，开关磁阻发电机的电压输出线缆及信号输出线缆通过塔架上的滑环连接到风力发电控制器，蓄电池的正极连接到二极管的正极，蓄电池的负极连接到风力发电控制器的负输出电压线缆，二极管的负极连接到风力发电控制器的正输出电压线缆，储能电容的正极连接到风力发电控制器的正输出电压线缆，储能电容负极连接到风力发电控制器的负输出电压线缆。

风力发电控制器面板上的按键和显示器通过线缆与风力发电控制器的微处理器MCU相连。

风力发电控制器包括微处理器MCU、IGBT模块、模数转换器、电压传感器、电流传感器，微处理器MCU与IGBT模块相连，IGBT模块一路接电机绕组，一路接输出，微处理器MCU通过模数转换器与电压传感器、电流传感器相连，电压传感器接输出，电流传感器接电机绕组，微处理器MCU接转子位置传感器。

控制器中的微处理器MCU通过上述三者采集母线电压和母线电流并可以计算出开关磁阻发电机的输出功率。刚开始发电工作时，由微处理器MCU随机产生一个励磁电流扰动量Δi，调整励磁电流扰动量Δi，稳定SRG的输出功率。直到Δi近似为零或者输出功率变化近似为零结束。

有风时风轮机直接带动开关磁阻发电机旋转，风力发电控制器检测到目前状态下需要发电时，控制内部的IGBT模块对开关磁阻发电机进行分时励磁/发电控制。控制器和开关磁阻发电机间连接的信号输出线缆传递的信号可以让控制器判断出目前开关磁阻发电机是处于电感最大区还是处于电感下降区，如果开关磁阻发电机处于电感最大区，则使IGBT模块导通，通过蓄电池、二极管对发电机进行励磁。如果开关磁阻发电机处于电感下降区，则关断IGBT模块，使开关磁阻发电机对外发电，将风能转换为电能。开关磁阻发电机在发电时对储能电容充电，如果储能电容电压高于蓄电池电压，则励磁时使用储能电容。