[发明专利]太阳能热风风力发电系统的结构及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能发电技术领域，具体涉及一种太阳能热风风力发电系统的结构和控制方法。

技术背景

目前，国内外采用的太阳能热风风力发电系统的结构为烟囱式，它包括有安装发电机组合件的支架、安装在底座上包括有采集和控制模块、耗能电阻、制动装置的底部组合件、烟囱筒体、顶端导流罩、铺在地基上的吸热膜，发电机组合件包括有底盘、步进发电机、固定桨距角的风机叶片、信号接收和控制模块及轴承。如专利申请号：200810023571.1，名称是“太阳能热风风力发电方法”中将太阳能热风汇集在导风筒内，利用烟囱效应提高风速推动风力发电装置发电，但是由于它采用的是单个固定桨距角的风电机组导致系统的输出效率较低；另外还有专利号：200920036876.6，名称为“太阳能风力发电设备”中采用的是多个固定桨距角风力发电机的结构，由于同样是采用固定桨距角而没有考虑系统中最大功率跟踪问题，导致系统的输出效率较低。

发明内容

本发明目的是提供一种可变桨距角风机叶片结构，通过调控变化的桨距角，可有效地克服现有技术存在的输出效率低的缺点。

本发明是这样实现的，如图1、2、3所示，包括烟囱筒体1、烟囱顶端导流罩2、支架3、以及由风机叶片12、12’、12”、步进电机13、信号接收和控制模块14、轴承15、底盘16构成的发电机组合件4、4’、4”和由底座5、采集和控制模块6、耗能电阻7、制动装置8构成的底部组合件和吸热模9；其结构特征在于系统结构中采用的是风机叶片12、12’、12”是可以转动的，即根据太阳能热风风速大小利用步进电机13对风机叶片的迎风角度进行调控。

本发明实施过程的特征是：首先是系统结构上采用了可变桨控制的风力发电机组，另外随着烟囱直径的减小风轮直径逐渐减小(如果烟囱直径没有变化则风轮直径可以相同)，系统在开始工作时，关闭制动装置，并通过数据采集和控制模块6定时采集电机定子上输出的电压、电流、功率信号(以下将简称为“信号”)，然后，通过采集到的信号与预设定值的比较判断此时系统的工作状态(信号值小则说明此时风速较低，系统输出功率小；信号值大则说明此时风速较高，系统输出功率大)。如果风速小于系统启动风速，则系统处于不控状态，风机叶片处于定桨距角工作状态，如果风速大于系统切入风速但小于等于额定风速，系统开始工作，可变桨风机叶片处于定时变桨距角工作状态，如果风速大于额定风速但小于切出风速，则接入耗能电阻7，可变桨风机叶片处于定时变桨距角工作状态，如果风速大于等于系统切出风速，在实际系统中一般不会发生，则接入耗能电阻7，并启动制动装置8，使系统停止工作。

其中可变桨风机叶片的变桨控制方法可采用传统的扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪法，由于热风室的温度不可能快速变化，所以热风室内的风速不可能快速变化，因此本发明采用了定时采样的工作方式，即可变桨风机叶片定时变桨距角，减小了不间断变桨的电能消耗。另外，随着烟囱的上升风机叶片直径的减小，同时热风通过前一风机叶片后风速的降低，将导致不同风机叶片上的风速不同，因此本发明采用了对不同风力发电机组分别变桨控制的控制方式。

本发明的控制方法如图4所示，操作步骤是：

步骤一、根据系统采用的风力发电机组的输出电压、电流及额定功率值，设定出允许的电压、电流、功率值和切入、切出和额定风速以及初始桨距角；

步骤二、通过数据采集和控制模块6关闭制动装置8，利用步进发电机13设定风机叶片初始桨距角为1～10°；

步骤三、通过数据采集和控制模块6定时采样系统输出信号；

步骤四、将采样值与设定值进行比较，判断是否达到系统设定的启动风速，是，执行步骤五，否，系统处于定桨距角工作状态，返回步骤三；

步骤五、判断是否超过了系统设定的额定风速，是，执行步骤八；否，调用扰动观察或模糊逻辑法，调控桨距角，分别对不同风力发电机组的风机叶片进行变桨距角控制；

步骤六、判断是否跟踪到系统最大功率峰值，是，固定不同风力发电机组的最大功率输出时的桨距角，否，执行步骤五；

步骤七、延时，即固定桨距角一段时间；

步骤八、判断系统输出功率是否大于额定功率，是，接入耗能电阻，否，执行步骤九；

步骤九、判断是否超过了系统设定的切出风速，是，启动制动装置并接入耗能电阻，系统停止工作，否，返回步骤三。