[发明专利]风力发电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电系统及其控制方法，且特别涉及一种风力发电系统及其控制方法。

背景技术

近年来，由于环保意识的抬头，使得再生能源的技术迅速发展。在这些再生能源之中，风力发电为一种简单且零污染的发电方式，其利用自然界所产生的风力驱动风力发电机的扇叶，以将外部风力转换为电能输出，进而供给负载(如：电池或输电网格)一定的电力。

然而，当外部风力增强时，风力发电机的扇叶转速也随之增加，使得风力发电机所产生的电能可能大于负载的可承受范围，造成发电系统的设备故障。再者，当外部风力过大时，风力发电机本体可能无法承受过高的转速而失控或损毁。

公知技术中，面对外部风力过大时进行风力发电机的保护机制包含通过电子元件将发电机的三相输出短路，以利用发电机的扭矩将扇叶与发电机的转速降至最低。例如，利用继电器或断路器，并以电控方式或人工手动方式启动，以将发电机的三相输出短路。但是，当风力发电机处于高速运转时，若利用三相短路方式的发电机最大扭矩直接将风力发电机急停，容易造成扇叶与发电机结构上的损坏。

因此，迄今公知技术仍具有上述缺陷与不足之处需要解决。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种风力发电系统及其控制方法，其中风力发电系统至少包含风力发电机、控制单元以及负载单元，上述控制方法包含下列操作步骤。首先，启动控制单元，以决定风力发电机的操作模式。随后，设置风力发电机于正常模式，使风力发电机依据最大功率提取曲线产生电能。接着，判断是否符合转速控制条件，若是，切换风力发电机由正常模式至转速控制模式，以通过最大功率点偏移方式限制风力发电机的输出电能。其后，判断外部风力是否大于预设风速，若是，切换风力发电机由转速控制模式至安全模式，以通过最大扭矩提取方式降低风力发电机的转速，保护风力发电系统。

依据本发明内容的一实施例，上述方法还包含在单位时间内检测外部风力是否仍然大于预设风速，若是，维持风力发电机于安全模式。

依据本发明内容的一实施例，其中转速控制条件包含风力发电机所产生的电能大于负载单元的可承受范围。

依据本发明内容的一实施例，其中转速控制条件包含风力发电机的转速大于预设安全转速。

依据本发明内容的一实施例，其中转速控制条件包含风力发电机的提取电流大于绕线线径的可承受范围。

依据本发明内容的一实施例，其中转速控制条件包含风力发电机所产生的噪音大于预设规范值。

依据本发明内容的一实施例，其中当风力发电机操作于安全模式时，风力发电机被下拉至低速运转状态。

依据本发明内容的一实施例，其中风力发电机所产生的电能通过控制单元分配至负载单元与刹车单元中。

本发明的另一目的在于提供一种风力发电系统，包含风力发电机、控制单元以及负载单元。风力发电机包含风扇模块以及发电机，其中风扇模块受外部风力的推动，以驱动发电机的运转而产生电能。控制单元电性耦接风力发电机，并依据风力发电机的转速、输出功率、提取电流、噪音以及外部风力的强度决定风力发电机操作于正常模式、转速控制模式以及安全模式中之一者。负载单元电性耦接控制单元，用以接收风力发电机所产生的电能。

依据本发明内容的一实施例，上述系统还包含刹车单元。刹车单元电性耦接风力发电机与控制单元，用以接收控制单元所分配的电能。

依据本发明内容的一实施例，上述系统还包含刹车单元。刹车单元电性耦接该风力发电机与该控制单元，并用以接收该控制单元所产生的一控制信号，使得该刹车单元的开关周期进行调整，以控制该风力发电机的转速。

依据本发明内容的一实施例，其中控制单元用以控制风力发电机操作于正常模式，且风力发电机在正常模式依据一最大功率提取曲线产生电能。

依据本发明内容的一实施例，其中控制单元用以依据风力发电机的一转速控制条件将风力发电机由正常模式切换至转速控制模式，使得风力发电机的输出电能限制在一定范围内。此外，风力发电系统可包含刹车单元，其中刹车单元电性耦接风力发电机与控制单元，并用以接收控制单元所产生的一控制信号，其中在转速控制模式下，刹车单元的开关周期依据控制信号进行调整而控制风力发电机的转速。

依据本发明内容的一实施例，控制单元用以于一外部风力的速度大于一预设风速时将切换风力发电机由转速控制模式至安全模式。