专利名称：低压直流供电用风力发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种风力发电技术领域的装置，具体是一种低压直流供电用风力发电系统。
背景技术：
低电压直流用电设备需要采用相应电压等级的直流电源供电。传统的低电压直流供电系 统普遍采用市电和蓄电池组相结合的供电模式，蓄电池组额定电压与用电设备额定电压一致 ，市电通过开关电源向蓄电池组充电和用电设备供电。近年来，随着低电压直流供电系统的 应用日益广泛，耗能与日俱增，引入绿色能源的要求也越来越迫切。目前，低电压直流供电 系统在引入绿色能源时常采用太阳能，但是太阳能供电方式造价高，占地面积大，并且太阳 能电池在生产过程中需要消耗大量的能源。相比而言，风力发电机组造价低，生产过程耗能 低，占用自然资源少，应用时占地面积小；同等发电量条件下，风力发电的成本远远低于太 阳能发电。因此，将风力发电广泛应用到低电压直流供电领域已经成为一个趋势。
目前，低电压直流供电系统引入风力发电主要采用三种方式1)风力发电机组输出电
压与用电设备额定电压一致，其输出电能经过整流后直接向蓄电池组充电和用电设备供电。
2)风力发电机组输出电压高于用电设备额定电压，使用降压变压器将风力发电机组输出电 压降低到与用电设备额定电压相适应的交流电压，整流后直接向蓄电池组充电和用电设备供 电。3)风力发电机组输出的电压高于用电设备额定电压，将风力发电机组输出电压整流逆 变为三相工频交流电压，通过开关电源向蓄电池组充电和用电设备供电；为使逆变器稳定工 作，必须额外配置与风力发电机组输出电压相适应的蓄电池组。
以上三种风力发电引入方式均存在一定不足。方式l应用于负荷较大的低电压直流供电 系统时，低电压的风力发电机组输出电流大，发电机绕组损耗和电能传输过程产生的损耗非 常可观；方式2虽然只增加了降压变压器，但是该变压器并不是常规工频变压器，制作有难 度，不仅增加成本，同时也降低系统效率；方式3应用较为普遍，同时也是增加成本最多、 降低系统效率最多的方式，不仅增加设备，而且额外增加了大量的蓄电池组，违背了节能环 保的初衷。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种低压直流供电用风力发电系统，针对低电压直流供电系统的特点，大幅度提高发电系统的整体效率与供电可靠性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括风力发电机组、风能控制电源、蓄电 池组和后备电源控制器，其中风力发电机组的三相输出端连接至风能控制电源的输入端， 风能控制电源的输出端连接至蓄电池组，后备电源控制器的输入端分别与蓄电池组的输出端 和后备电源的输出端相连接，后备电源控制器的输出端通过开关电源连接至蓄电池组，风能 控制电源的负载输出端连接至用电设备。
所述的后备电源包括市电和柴油发电机；
所述的风能控制电源包括功率变换模块、功率控制模块和控制电路模块，其中风力 发电机组的三相输出端连接至功率变换模块和功率控制模块的输入端，功率变换模块的输出 端连接至蓄电池组和用电设备，控制电路模块分别与功率变换模块和功率控制模块相连接。
所述的后备电源控制器主要包括蓄电池检测模块、市电检测模块、柴电检测模块和切 换控制模块，其中蓄电池检测模块连接至蓄电池组的控制端，市电检测模块和柴电检测模 块分别与后备电源的三相输出端相连接，切换控制模块的控制端与后备电源的控制端相连接 ，切换控制模块的输入端分别连接至蓄电池检测模块、市电检测模块和柴电检测模块的信号 输出端，切换控制模块的输出端经开关电源与蓄电池组的输入端连接。
本发明通过以下方式进行工作当蓄电池组亏电时，若后备电源控制器检测市电输入正 常，则后备电源控制器将市电切入，由市电通过开关电源向蓄电池组充电和用电设备供电； 若后备电源控制器检测市电异常，则后备电源控制器将自动启动柴油发电机，后备电源控制 器检测柴电正常后，由柴电经开关电源为蓄电池组充电和用电设备供电。
本发明直接应用于低电压直流系统，风力发电机组电压高于用电设备工作电压，实现高 电压电能传输，大大减少了风力发电机组损耗和传输损耗；根据设定曲线以高频开关方式将 风力发电机组高电压电能转换成低电压直流电能向蓄电池组充电和用电设备供电，主动控制 风力发电机组转速，使风力发电机组按照最大功率状态运行；动态加载电阻消耗高电压直流 电能，调整风力发电机组转矩以控制风力发电机组安全运行；动态调整蓄电池组充电电流和 充电电压，优化蓄电池组充电管理，延长蓄电池组使用寿命；可根据需要配置后备电源控制 器，选择市电与柴电为后备电源，蓄电池组亏电时可自动切换市电或柴电经开关电源向蓄电 池组充电和用电设备供电，极大地提高了低电压直流供电系统的供电可靠性。
图l为实施例结构示意图；图2为风力发电机组结构示意图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括风力发电机组l、风能控制电源2、蓄电池组3和后备电源控 制器4，其中风力发电机组1的三相输出端连接至风能控制电源2的输入端，风能控制电源2 的输出端连接至蓄电池组3，后备电源控制器4的输入端分别与蓄电池组3的输出端和后备电 源5的输出端相连接，后备电源控制器4的输出端通过开关电源6连接至蓄电池组3，风能控制 电源2的负载输出端连接至用电设备7。
所述的风力发电机组l包括塔架8、风轮9、转轴IO、斜销轴ll、永磁发电机12和尾梁 尾翼13，其中风轮9通过转轴10连接至永磁发电机12的输入轴，尾梁尾翼13通过斜销轴11 连接至永磁发电机12的末端，塔架8固定设置于永磁发电机12的下方。
所述的尾梁尾翼13为折叠式结构。
所述的永磁发电机12的输出电压高于用电设备7的额定电压，以便减小永磁发电机12绕 组损耗与电能传输损耗。
所述的风能控制电源2包括功率变换模块14、功率控制模块15和控制电路模块16，其 中风力发电机组1的三相输出端连接至功率变换模块14和功率控制模块15的输入端，功率 变换模块14的输出端连接至蓄电池组3和用电设备7，控制电路模块16分别与功率变换模块14 和功率控制模块15相连接。
所述的后备电源控制器4主要包括蓄电池检测模块17、市电检测模块18、柴电检测模 块19和切换控制模块20，其中蓄电池检测模块17连接至蓄电池组3的控制端，市电检测模 块18和柴电检测模块19分别与后备电源5的三相输出端相连接，切换控制模块20的控制端与 后备电源5的控制端相连接，切换控制模块20的输入端分别连接至蓄电池检测模块17、市电 检测模块18和柴电检测模块19的信号输出端，切换控制模块20的输出端经开关电源6与蓄电 池组3的输入端连接。
所述的后备电源5包括市电21和柴油发电机22;
本实施例通过以下方式进行工作
风力发电机组1将风轮9捕获的风能转化为动能直接驱动永磁发电机12，永磁发电机12将 动能转化为电压幅值可变、频率可变的高电压交流电能，风能控制电源2将高电压交流电能转化为符合蓄电池组3特性的低电压直流电能向蓄电池组3充电和用电设备7供电，同时主动 控制风力发电机组l运行状态。当风速小于尾梁尾翼13折偏风速时，风轮9可自动对风；当风 速大于尾梁尾翼13折偏风速时，风轮9逐渐偏离风向而减少迎风面积，限制风力机组输出功 率和转速。永磁发电机12由风轮9直接驱动，将风轮9捕获的风能转化为电压幅值可变、频率 可变的三相交流电能；
然后，功率变换模块14先将风力发电机组1产生的三相交流电能转化为高电压直流电能 ，由控制电路模块16根据设定曲线控制功率变换模块14运行，通过高频开关方式将高电压直 流电能转化为符合蓄电池组3特性的低电压直流电能，通过调整风力发电机组l输出功率主动 控制风力发电机组l转速，实现最大功率跟踪，同时实现蓄电池组3充放电管理；功率控制模 块15先将风力发电机组1产生的三相交流电能转化为高电压直流电能，由控制电路模块16控 制功率控制模块15运行，通过动态加载电阻的方式消耗高电压直流电能，调整风力发电机组 l转矩以控制风力发电机组l安全运行；控制电路模块16完成控制功能，实现各功能模块的正 常运行；
以柴油发电机和市电作为风力发电系统的后备电源5，在蓄电池组3亏电时，蓄电池检测 模块17检测蓄电池组3电压，当蓄电池组3电压低于设定电压时，若市电检测模块18检测后备 电源5中的市电供给正常，则切换控制模块20将市电切入，由市电通过开关电源6为蓄电池组 3充电和用电设备7供电；若市电检测模块18检测市电异常，则切换控制模块20将自动启动后 备电源5中的柴油发电机，若柴电检测模块19检测后备电源5中的柴电供给正常，则切换控制 模块20将柴电切入，由柴电通过开关电源6为蓄电池组3充电和用电设备7供电。
权利要求
1.一种低压直流供电用风力发电系统，其特征在于，包括风力发电机组、风能控制电源、蓄电池组和后备电源控制器，其中风力发电机组的三相输出端连接至风能控制电源的输入端，风能控制电源的输出端连接至蓄电池组，后备电源控制器的输入端分别与蓄电池组的输出端和后备电源的输出端相连接，后备电源控制器的输出端通过开关电源连接至蓄电池组，风能控制电源的负载输出端连接至用电设备。
2.根据权利要求l所述的低压直流供电用风力发电系统，其特征是， 所述的后备电源包括市电和柴油发电机。
3.根据权利要求l所述的低压直流供电用风力发电系统，其特征是， 所述的风力发电机组包括塔架、风轮、转轴、斜销轴、永磁发电机和尾梁尾翼，其中风 轮通过转轴连接至永磁发电机的输入轴，尾梁尾翼通过斜销轴连接至永磁发电机的末端，塔 架固定设置于永磁发电机的下方。
4.根据权利要求3所述的低压直流供电用风力发电系统，其特征是， 所述的尾梁尾翼为折叠式结构。
5.根据权利要求3所述的低压直流供电用风力发电系统，其特征是， 所述的永磁发电机的输出电压高于用电设备的额定电压，以便减小永磁发电机绕组损耗与电 能传输损耗。
6. 根据权利要求l所述的低压直流供电用风力发电系统，其特征是， 所述的风能控制电源包括功率变换模块、功率控制模块和控制电路模块，其中风力发电 机组的三相输出端连接至功率变换模块和功率控制模块的输入端，功率变换模块的输出端连 接至蓄电池组和用电设备，控制电路模块分别与功率变换模块和功率控制模块相连接。
7. 根据权利要求l所述的低压直流供电用风力发电系统，其特征是， 所述的后备电源控制器包括蓄电池检测模块、市电检测模块、柴电检测模块和切换控制模 块，其中蓄电池检测模块连接至蓄电池组的控制端，市电检测模块和柴电检测模块分别与 后备电源的三相输出端相连接，切换控制模块的控制端与后备电源的控制端相连接，切换控 制模块的输入端分别连接至蓄电池检测模块、市电检测模块和柴电检测模块的信号输出端， 切换控制模块的输出端经开关电源与蓄电池组的输入端连接。
全文摘要
一种风力发电技术领域的低压直流供电用风力发电系统，包括风力发电机组、风能控制电源、蓄电池组和后备电源控制器，其中风力发电机组的三相输出端连接至风能控制电源的输入端，风能控制电源的输出端连接至蓄电池组，后备电源控制器的输入端分别与蓄电池组的输出端和后备电源的输出端相连接，后备电源控制器的输出端通过开关电源连接至蓄电池组，风能控制电源的负载输出端连接至用电设备。本发明针对低电压直流供电系统的特点，大幅度提高发电系统的整体效率与供电可靠性。
文档编号H02J7/32GK101604865SQ20091030477
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者卫 俞, 叶余胜, 叶清贵 申请人:上海致远绿色能源有限公司