一種基于無級變速的風(fēng)力發(fā)電機機電分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電制造的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于無級變速的風(fēng)力發(fā)電機 機電分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)今，風(fēng)能作為一種清潔無污染的可再生資源，它的開發(fā)利用一直是人們探索與 研宄的重點。而如何提高風(fēng)力發(fā)電機的使用效率，減少損耗和簡化風(fēng)力發(fā)電機復(fù)雜笨重的 結(jié)構(gòu)是我們需要去思考解決的。
[0003] 現(xiàn)行的大型風(fēng)力發(fā)電機在風(fēng)速低于一定值時，控制器控制機械剎車將葉輪鎖定停 止并網(wǎng)發(fā)電，一定程度上限制了風(fēng)能的利用；而當(dāng)風(fēng)速較大時，則會導(dǎo)致變速器的效率降低 從而降低了整個風(fēng)力發(fā)電機的效率。另外，目前多數(shù)葉輪與發(fā)電機之間的速度轉(zhuǎn)換一般使 用齒輪箱或變速器，但多級增速齒輪箱體積龐大極易損耗且檢修難度大。
[0004] 2009年東南大學(xué)提出了一種無級變速恒頻運行風(fēng)力發(fā)電機，并申請了專利。該電 機采用了內(nèi)外轉(zhuǎn)子參與變速以及加入儲能裝置參與反饋，提高了風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率以及供電 穩(wěn)定性。但是蓄電池的笨重短周期壽命以及復(fù)雜的電機結(jié)構(gòu)的對于風(fēng)力發(fā)電機的維護檢修 帶來了更復(fù)雜的工作。
[0005] 在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種基于無級變速的風(fēng)力發(fā)電機機電分離的方法，電 網(wǎng)直接通過輸入功率調(diào)節(jié)裝置對無級變速器進行功率補償，可以有效簡化功率傳動裝置并 能穩(wěn)定地在恒頻狀態(tài)下對風(fēng)能功率充分利用。要實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機的輕簡化并且實現(xiàn)機械部 分和發(fā)電部分的分離，其首先條件是實現(xiàn)傳動系統(tǒng)和維護工作的簡化，而無級變速的恒定 功率和恒定轉(zhuǎn)速的輸出恰好為之提供了條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于無級變速的風(fēng)力發(fā) 電機機電分離方法，該方法取消了復(fù)雜的傳動裝置、增速齒輪箱和變速箱，簡化了傳動系 統(tǒng)，便于風(fēng)力發(fā)電機的維護，同時，無級變速器的恒功率及恒轉(zhuǎn)速的輸出使得系統(tǒng)可經(jīng)簡單 的傳動轉(zhuǎn)置外接常規(guī)發(fā)電機，并使其工作在恒速狀態(tài)，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的機械部分和發(fā)電部 分的分離，即發(fā)電部分將機械部分輸出的恒定功率和恒定轉(zhuǎn)速作為原動力進行發(fā)電，機械 部分與發(fā)電部分沒有其它聯(lián)系從而實現(xiàn)兩部分之間的分離。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種基于無級變速的風(fēng)力發(fā)電機 機電分離方法，包括以下步驟：
[0008] 1)確定自然風(fēng)輸入的功率和無級變速器所需輸入功率，其中，所述自然風(fēng)輸入的 功率是指由風(fēng)速及功率檢測裝置收集到的自然風(fēng)帶動扇葉轉(zhuǎn)動輸入風(fēng)機的功率，通過如下 公式確定：
[0010] 式中包含變量：由風(fēng)機上測速器確定實時風(fēng)速V，扇葉掃過的面積s，由當(dāng)?shù)氐臍?象局提供年平均氣體密度值P，校正系數(shù)k ;
[0011] 2)根據(jù)自然風(fēng)輸入的功率和無級變速器所需輸入功率的差異，經(jīng)輸入功率控制程 序計算獲得補償功率的數(shù)值及功率補償控制策略，使得無極變速器的輸入功率恒定；
[0012] 3)利用恒定功率輸入的無級變速器將自然風(fēng)輸入的風(fēng)速以任意變比變換轉(zhuǎn)速，使 得無級變速器的輸出具有恒定轉(zhuǎn)速以及恒定功率；
[0013] 4)無級變速器輸出的恒定轉(zhuǎn)速以及恒定功率經(jīng)機械傳動裝置連接常規(guī)發(fā)電機，作 為發(fā)電機原動力恒速工作，將能量轉(zhuǎn)化為電能傳送到電網(wǎng)中，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機的機械部分 與發(fā)電部分的分尚。
[0014] 在步驟（2)中，所述輸入功率控制程序是指經(jīng)科學(xué)算法和程序語言編程的一種軟 件，能夠根據(jù)實時自然風(fēng)輸入的功率和無級變速器所需輸入功率的差值，計算獲得補償功 率的數(shù)值及功率補償控制策略，其中，補償功率的數(shù)值由以下公式獲得：
[0015] Ppatch= P rated_Pin
[0016] 式中包含變量：Ppatdl為補償功率，P in為自然風(fēng)輸入的功率，P 無級變速器所 需的輸入功率；
[0017] 所述功率補償控制策略是指輸入功率控制程序基于所獲得的補償功率的數(shù)值，對 輸入功率調(diào)節(jié)裝置提出的行動命令，其具體過程為：①當(dāng)p patc;h< 0時，輸入功率調(diào)節(jié)裝置經(jīng) 整流逆變過程變換電壓，施加到異步電機，此時異步電機作為電動機，電網(wǎng)向無級變速器輸 入功率；②當(dāng)P patdl> 0時，異步電機產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生的電磁力對于自然風(fēng)是一種阻力，此時 異步電機作為發(fā)電機，電網(wǎng)向無級變速器吸收功率。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：
[0019] 1、采用電網(wǎng)控制進行功率的輸入控制，既提高了對風(fēng)能的利用效率，又增加了系 統(tǒng)的運行可靠性，還提高了系統(tǒng)的運行周期。
[0020] 2、無級變速器可以實現(xiàn)系統(tǒng)在可調(diào)轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)連續(xù)變化，真正地實現(xiàn)變速恒頻 運行。
[0021] 3、無級變速器代替了笨重、體積龐大且需經(jīng)常維護多級增速齒輪，不僅減輕了風(fēng) 機重量，還提高了系統(tǒng)運行可靠性。
[0022] 4、本發(fā)明實現(xiàn)恒定功率，恒定轉(zhuǎn)速輸出有利于傳動機械裝置的簡化，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā) 電機的機械部分和發(fā)電部分的分離。
[0023] 5、電能相當(dāng)于只由常規(guī)的電磁式發(fā)電機產(chǎn)生，沒有經(jīng)過電力電子裝置，不含諧波， 電能質(zhì)量好。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明所述風(fēng)力發(fā)電機機電分離方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0026] 本實施例所述的基于無級變速的風(fēng)力發(fā)電機機電分離方法，采用功率檢測裝置、 輸入功率控制程序、異步電機、整流逆變裝置、無級變速器、常規(guī)發(fā)電機，其中，所述異步電 機與整流逆變裝置相連，接到無級變速器輸入端；所述功率檢測裝置接連輸入功率控制程 序?qū)Ξ惒诫姍C、整流逆變裝置、無級變速器的輸入功率調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令。包括以下步驟：
[0027] 1)確定自然風(fēng)輸入的功率和無級變速器所需輸入功率，其中，所述自然風(fēng)輸入的 功率是指由風(fēng)速及功率檢測裝置收集到的自然風(fēng)帶動扇葉轉(zhuǎn)動輸入風(fēng)機的功率，通過如下 公式確定：
[0029] 式中包含變量：由風(fēng)機上測速器確定實時風(fēng)速V，扇葉掃過的面積s，由當(dāng)?shù)氐臍?象局提供年平均氣體密度值P，校正系數(shù)k