[发明专利]智能变径自启动垂直轴风力发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，具体为一种智能变径自启动垂直轴风力发电装置。

背景技术

风能是一种干净、储量极为丰富的可再生能源，本质上是太阳能的一种转化形式。风力机的类型按照风力机风轮转轴与风向的位置，可分为水平轴风力机和垂直轴风力机。与水平轴风力机相比，垂直轴风力机可接收任意方向的来风，无需对风装置，风轮和能量转换的其它部件，如齿轮、发电机等，可方便的安装在地面上，因而不需要建立昂贵的塔架，而且便于维护、保养，从而降低了制造和运行费用。因此，垂直轴风力机逐渐成为小型风力发电机的首选，研究垂直轴风力机具有广泛的实际意义和良好的应用前景。

由于风能具有随机性和不确定性，导致风能的利用率不高，风力机的风轮转速随风速变化快，导致输出电压变化大、波动快，给风力机的安全稳定运行以及后续的电能处理带来一定困难。同时，从风力发电最大功率跟踪（MPPT——Maximum Power Point Tracking）的角度出发，由于对于一个特定的风速，风力机只有运行在一个特定的机械角速度下，风力机才会获得最大的能量转换效率，因此，针对不同的风速，需要调节风力机转速，使风轮叶片的叶尖线速度与风速之比保持不变，从而达到MPPT控制的目的。对于一般风力机，可以利用发电机转矩控制和偏航系统来改变风力机的转速，而对于垂直轴风力机，由于没有偏航系统，只能通过调节发电机转矩来控制转速。目前针对发电机转矩调节的研究大多只是立足于对发电机输出电能的后续处理，通过调节DC/DC变换器触发脉冲的占空比来控制发电机的输出电功率，进而控制转矩，实现变速运行，达到风力发电机最大功率点跟踪的目的。即：增加触发脉冲的占空比，则传输到负载上的电功率将增加，发电机输入的机械功率小于输出的电功率，转速将要减小；同理，减小触发脉冲的占空比，则传输到负载上的电功率也将减小，发电机输入的机械功率大于输出的电功率，转速将要升高。

DC/DC变换器触发脉冲占空比的调节变化需要通过控制算法与风力机的输出功率变化相对应，当风速变化较快的时候，风力机风轮转速相应变化加大，导致风力机的输出功率变化快，给占空比的精确分析计算和及时输出控制带来困难。为了确保风力发电装置的安全稳定运行，也为了能更有效地实现MPPT控制，都需要更多更有效的针对发电机转矩的控制方法，使风力机的风轮转速能够根据不断变化的风速尽量稳定在一定的转速区间，尽量保持一定的正比例关系，不致产生突变，从而既避免了风力机各种机械传动零部件的过快磨损，尤其是在风速过大时及时保证设备安全，又能充分发挥MPPT控制算法的最大功效，避免因为风轮转速变化过快导致最大功率点跟踪不及时或控制出错的故障发生。

直线翼型结构的垂直轴风力机的叶片采用飞机的机翼型断面形状，是利用空气升力产生的旋转力矩来工作的，虽然发电效率比利用空气阻力产生旋转力矩的阻力型垂直轴风力机高，但却存在启动困难的不足。为了提高升力型垂直轴风力机的启动性能，目前大多采用升阻复合型叶片结构，通过调节叶片相对于旋转切线的角度，实现升力型与阻力型的转换，导致风轮机构过于复杂，不利于风力机的长期稳定运行。通过外加辅助启动力矩的方法则能够在不改变升力型垂直轴风力机风轮结构的基础上实现风力机的自启动运行，是一种安全有效的方法。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中的问题,本发明提供了一种智能变径自启动垂直轴风力发电装置，能够根据风速大小，实现风轮回转半径的改变以及风力机的自启动运行的装置。

技术方案：为了实现上述目的，本发明所述的一种智能变径自启动垂直轴风力发电装置，该风力发电装置包括：风轮叶片、风轮主轴、上变径幅杆、底座、下变径幅杆、变径连接座、变径齿条轴、风轮主轴竖槽、滑动轴承、螺栓、防护罩、齿轮轴、第一直齿轮、垂直轴锥齿轮、水平轴锥齿轮、主传动轴、联轴器、伺服电机、电机连接座、自启动机构电磁离合器、变径机构电磁离合器、齿轮箱体、第二直齿轮、第三直齿轮、发电机、从动带轮、发电机传动轴、同步带、主动带轮、中间轴；

上述部件的连接关系如下：

风轮主轴上设有风轮主轴竖槽；风轮叶片上部与上变径幅杆的一端连接；上变径幅杆的另一端与风轮主轴的顶端连接；风轮叶片下部与下变径幅杆的一端连接，下变径幅杆的另一端与变径连接座连接；变径连接座安装于变径齿条轴上，变径齿条轴安装于风轮主轴竖槽内；滑动轴承安装于变径齿条轴和风轮主轴竖槽之间；