[实用新型]一种基于风电机组机舱风速确定风轮前沿风速的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及风电领域，特别涉及一种基于风电机组机舱风速确定风轮前沿风速的装置。

背景技术

当前不可再生资源煤、石油和天然气日益枯竭，其大量使用对环境造成严重的污染，因而发展可再生能源成为当今的热门课题。风能是一种可大规模开发的可再生能源，对风能的利用主要是通过风电机组将风能转换为电能。现代风电产业的发展始于1973年石油危机，近年来得到快速发展，根据世界风能协会2013上半年产业报告数据，截至2013年6月，世界风电装机总量达到296255兆瓦，到2013年底，全世界风力发电机约占全球电量总需求的3.5%。在一些国家和地区，风电已成为最大的电力来源之一，如丹麦、葡萄牙、西班牙和德国等国家。目前，全球风电装机量较大的国家包括中国、美国、德国、西班牙和印度，装机总量超过全世界份额的70%。我国风能资源相当丰富，约为32亿千瓦，在东南沿海、山东半岛、辽东半岛以及海上岛屿、内蒙古、甘肃北部、黑龙江南部和吉林东部都有极佳的风能区域。风电产业的发展促进风力发电技术的日益更新，如由小型风力发电机组向MW级大型风力发电机组发展，由定速型风力发电机组向变速型风力发电机组发展。

风能利用系数是风电机组设计的重要参数，其表达式为风电机组风轮捕获的风能与流过风轮扫略区域的风能之比。由空气动力学可知，空气动能与气流速度三次方成正比，与空气密度和扫略面积一次方成正比。在实际风电机组中，风速传感器通常安装在机舱上，其测量风速并非是风轮前沿风速，直接利用该测量风速分析风能利用系数必然带来较大误差。因此，通过风电机组便于直接测量的状态参数确定出风轮前沿风速具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、实施方便、测量精确的基于风电机组机舱风速确定风轮前沿风速的装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种基于风电机组机舱风速确定风轮前沿风速的装置，包括机舱、塔架、发电机、PLC、轮毂以及连接在轮毂上的多个叶片，所述塔架的底端固定在地面上，机舱的下端固定于塔架顶端，机舱的前端设有发电机，所述发电机位于轮毂与机舱之间，所述机舱上设有风速传感器、压力传感器，风速传感器、压力传感器的信号输出端与PLC相连，所述塔架的下端设有变流器，变流器内设有电流传感器和电压传感器，电流传感器、电压传感器分别与发电机相连，电流传感器、电压传感器的信号输出端与变流器相连，变流器与PLC相连。

上述基于风电机组机舱风速确定风轮前沿风速的装置中，所述机舱上还设有温度传感器，温度传感器的信号输出端与PLC相连。

上述基于风电机组机舱风速确定风轮前沿风速的装置中，所述机舱上还设有湿度传感器，湿度传感器的信号输出端与PLC相连。

上述基于风电机组机舱风速确定风轮前沿风速的装置还包括上位机，上位机与PLC相连。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型选择可编程逻辑控制器PLC，抗干扰能力强，传感器与PLC之间采用RS485总线，数据传输方便，易于实施；

2、本实用新型只需测量机舱风速、发电机输出功率和空气密度这几个易测量就能测量出风轮前沿风速，算法简单，实施方便，具有较高的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型风轮内的空气流向示意图。

图3为本实用新型的硬件原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括机舱8、塔架9、发电机3、轮毂2以及连接在轮毂2上的叶片1，所述塔架9的底端固定在地面上，机舱8的下端固定于塔架9顶端，机舱8的前端设有发电机3，所述发电机3位于轮毂2与机舱8之间，所述机舱8上设有风速传感器4、压力传感器5、温度传感器6、湿度传感器7，所述塔架9的下端设有变流器10，变流器10内设有电流传感器11和电压传感器12，电流传感器11、电压传感器12分别与发电机3相连，电流传感器11、电压传感器12的信号输出端与变流器10相连。

如图2所示，图中                                               为距离风轮一定距离的上游风速，为通过风轮时的风速（在风电机组中，风速传感器安装在风轮叶片附近，可认为测得的风速为流过风轮的速度），为离风轮一定距离的下游风速；上游截面积为，下游截面积为。根据空气动力学理论，风轮吸收的机械功率为

       (式1)