CN111173679A - 一种风电互补动力***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电互补动力***，包括：风力机、电磁式离合器、双动力耦合器、传动轴、控制器、变频电动机；风力机的输出轴上设置有用于监测风力机输出轴转速的编码器，编码器的信号输出端与控制器的信号输入端电连接，控制器的第一信号输出端连接电磁式离合器的信号输入端，控制器的第二信号输出端连接变频电动机的信号输入端。本发明还公开了基于风电互补动力***的控制方法。本发明风电互补动力***技术方案及其控制方法相对于现有技术的而言，充分利用风力，在风力可使用情况下至使用风力，在不能使用的情况下通过电力补给，最终输出成本较低、可靠稳定的机械能。

Description

一种风电互补动力***及其控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种风电互补动力***及其控制方法。
背景技术
在偏远的临海地区淡水资源十分匮乏，带来的是居民以及守岛守礁的官兵办公和生活用水问题，因此海水淡化变得尤为重要。驱动海水淡化***的动力装置包括风力驱动装置和电力驱动装置，而传统的风力驱动装置存在以下缺陷：一、机械能转化成电能，再由电能驱动海水淡化***，能量转化过程为机械能先转化成电能，电能再转化成机械能，由于能量在转化过程转化效率较低，因此导致能量损失过大。二、风力不稳定无法保持恒定的动力输出；三、风力不足时无法提供足够的动力。
因此有必要发明一种用于岛礁海水淡化的风电互补技术。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的主要目的是(一)、提供一种风电互补动力***，通过双动力耦合器，可以使充分利用风力机械能，在风力不足时采用电力补给，最终输出稳定的机械能；(二)、提供一种一种风电互补动力***的控制方法，实现风力与电力的互补。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
(一)、一种风电互补动力***，进一步的，包括：风力机，风力机具有风力机输出轴；电磁式离合器，电磁式离合器具有离合器输入轴和离合器输出轴；双动力耦合器，双动力耦合器具有两个动力输入轴和一个动力输出轴；传动轴，传动轴具有传动轴输入端和传动轴输出端；控制器，控制器具有信号输入端、第一信号输出端和第二信号输出端和第三信号输出端；风力机输出轴连接离合器输入轴，离合器输出轴连接传动轴输入端，传动轴输出端连接双动力耦合器的一个动力输入轴，双动力耦合器的另一个动力输入轴连接有变频电动机；风力机的输出轴上设置有用于监测风力机输出轴转速的编码器，编码器的信号输出端与控制器的信号输入端电连接，控制器的第一信号输出端连接电磁式离合器的信号输入端，控制器的第二信号输出端连接变频电动机的信号输入端。
进一步的，还包括缓速制动器，缓速制动器设置于风力机输出轴的外侧，缓速制动器用于限制风力机输出轴的转速在设定范围内。
进一步的，传动轴的外侧设置有电磁式抱闸器，控制器的第三信号输出端连接电磁式抱闸器的信号输入端。
进一步的，还包括换向器，换向器具有竖向的换向器输入轴和横向的换向器输出轴；风力机为垂直轴风力机；换向器输入轴连接垂直轴风力机的风力机输出轴，换向器输出轴连接电磁式离合器的输入端。
进一步的，传动轴的外侧设置有电磁式抱闸器，控制器的第三信号输出端连接电磁式抱闸器的信号输入端，控制器控制电磁抱闸器的开闭。
(二)、一种风电互补动力***的控制方法，基于以上的风电互补动力***，控制方法包括以下步骤：
步骤一，编码器采集当前风力机输出轴的转速信号，发送至控制器，控制器将转速信号转换成当前风速；
步骤二，控制器根据当前风速，控制电磁式离合器的离合或调节变频电动机的电源频率，具体为：当V＞A时，控制器控制电磁式离合器处于分离状态，调节变频电动机的电源频率，使变频电动机输出功率等于双动力耦合器额定输出功率；当B＜V≤A时，控制器控制电磁式离合器处于闭合状态，切断变频电动机，使风机输出轴的输出功率等于双动力耦合器额定输出功率；当C＜V≤B时，控制器控制电磁式离合器处于闭合状态，调节变频电动机的电源频率，使风机输出轴的输出功率与变频电动机输出功率之和等于双动力耦合器额定输出功率；当V≤C时，控制器控制电磁式离合器处于分离状态，调节变频电动机的电源频率，使变频电动机输出功率等于双动力耦合器额定输出功率；其中，V为当前风速，A为第一阈值，B为第二阈值，C为第三阈值，且A、B和C满足：C＜B＜A。
更进一步的，第一阈值A为17.1m/s，第二阈值B为5.5m/s，第三阈值C为3.4m/s。
进一步的，步骤2中，当D＜V≤A时，控制器5控制缓速制动器制动，电磁式离合器2处于闭合状态，切断变频电动机10，使风机输出轴的输出功率等于双动力耦合器3额定输出功率；其中，D为第四阈值，且B＜D≤A。
更进一步的，第四阈值D为15m/s。
本发明风电互补动力***技术方案及其控制方法相对于现有技术的而言，充分利用风力，在风力可使用情况下至使用风力，在不能使用的情况下通过电力补给，最终输出成本较低、可靠稳定的机械能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明风电互补动力***的整体示意图；
图2为本发明风电互补动力***的流程控制图；
在以上图中：
1风力机；2电磁式离合器；3双动力耦合器；4传动轴；5控制器；6编码器；7缓速制动器；8电磁式抱闸器；9换向器；10变频电动机。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
(一)、参考图1，一种风电互补动力***，包括：风力机1，风力机1具有风力机输出轴；电磁式离合器2，电磁式离合器2具有离合器输入轴和离合器输出轴；双动力耦合器3，双动力耦合器3具有两个动力输入轴和一个动力输出轴；传动轴4，传动轴4具有传动轴输入端和传动轴输出端；控制器5，控制器5具有信号输入端、第一信号输出端和第二信号输出端和第三信号输出端；风力机输出轴连接离合器输入轴，离合器输出轴连接传动轴输入端，传动轴输出端连接双动力耦合器3的一个动力输入轴，双动力耦合器3的另一个动力输入轴连接有变频电动机10；风力机1的输出轴上设置有用于监测风力机输出轴转速的编码器6，编码器6的信号输出端与控制器5的信号输入端电连接，控制器5的第一信号输出端连接电磁式离合器2的信号输入端，控制器5的第二信号输出端连接变频电动机10的信号输入端。
以上实施例中，风力机1和变频电动机10通过双动力耦合器3连接，当风力大于本***额定输出功率且风力合适时，可以单独使用风力，当风力不足以输出本***额定功率时，通过变频电动机10进行补充，从而保持本***输出稳定的额定功率供使用。由于在风力机输出轴上设置编码器6，可以得知风力机输出轴的转速，并将转速信号发送给控制器5，控制器5发出指令给变频电动机10或电磁式离合器2。
进一步的，还包括缓速制动器7，缓速制动器7设置于风力机输出轴的外侧，缓速制动器7用于限制风力机输出轴的转速在设定范围内。
以上实施例，通过设置缓速制动器7可以确保风力机输出轴在合适的范围内，避免风力机输出轴速度过快对设备造成损坏。
进一步的，传动轴4的外侧设置有电磁式抱闸器8，控制器5的第三信号输出端连接电磁式抱闸器8的信号输入端。
优选的，本实施例的风力机1采用垂直轴风力机1，因此本风电互补动力***还包括换向器9，换向器9具有竖向的换向器输入轴和横向的换向器输出轴，此处优选一对锥齿轮。换向器输入轴连接垂直轴风力机1的风力机输出轴，换向器输出轴连接电磁式离合器2的输入端。
进一步的，为了能够更好地控制传动轴4的转速，传动轴4的外侧设置有电磁式抱闸器8，控制器5的第三信号输出端连接电磁式抱闸器8的信号输入端，控制器5控制电磁抱闸器的开闭。
(二)、参考图2，图2为本发明风电互补动力***的流程控制图；
一种风电互补动力***的控制方法，基于以上风电互补动力***，控制方法包括以下步骤：
步骤一，编码器6采集当前风力机输出轴的转速信号，发送至控制器5，控制器5将转速信号转换成当前风速；
步骤二，控制器5根据当前风速，控制电磁式离合器2的离合或调节变频电动机10的电源频率，具体为：
当V＞A时，控制器5控制电磁式离合器2处于分离状态，调节变频电动机10的电源频率，使变频电动机10输出功率等于双动力耦合器3额定输出功率；
当B＜V≤A时，控制器5控制电磁式离合器2处于闭合状态，切断变频电动机10，使风机输出轴的输出功率等于双动力耦合器3额定输出功率；
当C＜V≤B时，控制器5控制电磁式离合器2处于闭合状态，调节变频电动机10的电源频率，使风机输出轴的输出功率与变频电动机10输出功率之和等于双动力耦合器3额定输出功率；
当V≤C时，控制器5控制电磁式离合器2处于分离状态，调节变频电动机10的电源频率，使变频电动机10输出功率等于双动力耦合器3额定输出功率；
其中，V为当前风速，A为第一阈值，B为第二阈值，C为第三阈值，且A、B和C满足：C＜B＜A。
具体的，本实施例中以动力接收装置为高压泵为例，其中，第一阈值A为17.1m/s，第二阈值B为5.5m/s，第三阈值C为3.4m/s。
第一阈值A为17.1m/s，当前风速大于17.1m/s时，即超过八级风力时，则判断风力过大，为避免风速过高可能对风电互补动力***造成损害，控制器5发送指令控制电磁式离合器2分离，即可切断风力机1的动力输入，同时，控制器5发送指令控制变频电动机10输出额定动力。
第二阈值B为5.5m/s，则当前风速处于5.5m/s与17.1m/s之间，即四至八级风力时，风力适中且能提供足够动力，控制器5发送指令控制电磁式离合器2闭合，控制器5发送指令控制变频电动机10不工作，则动力全部来自风力机1；
第三阈值C为3.4m/s，当前风速处于3.4m/s与5.5m/s之间时，即三级风力，此时，风力适中但不能提供足够动力，控制器5发送指令控制电磁式离合器2闭合，控制器5发送指令控制变频电动机10工作以补充动力，则动力来自风力机1和变频电动机10；
当前风速处于小于3.4m/s，即小于三级风力时，风力过小，控制器5发送指令控制电磁式离合器2分离，同时，控制器5发送指令控制变频电动机10工作，则动力全部来自变频电动机10。
进一步的，步骤2中，当D＜V≤A时，双动力耦合器的动力输出轴转速远大于动力接收装置所需动力，为了保护动力接收装置避免损坏，控制器5控制缓速制动器7制动，电磁式离合器2处于闭合状态，控制变频电动机10不工作，使风机输出轴的输出功率等于双动力耦合器3额定输出功率；其中，D为第四阈值，且B＜D≤A。
更进一步的，本实施例中以一种高压泵11为例，其第四阈值D为15m/s。
具体的，当风速较大比如大于15m/s＜风速≤17.1m/s时，足以满足高压泵所需转速时，为了避免过高的转速对高压泵11造成损毁，控制器5启动缓速制动器7制动，同时，控制变频电动机10不工作，双动力耦合器3的输出功率全部来自风力机1。
当风速5.5m/s＜风速≤15m/s时，风力机转速低于高压泵11所需转速时，风力机输出轴转速处于安全转速，不会对高压泵11造成损害，控制器5控制变频电动机10不工作，缓速制动器7不制动，此时，双动力耦合器3的输出功率完全来自风力机1。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员是显而易见的。因此，在不偏离本发明的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种风电互补动力***，其特征在于，包括：
风力机(1)，所述风力机(1)具有风力机输出轴；
电磁式离合器(2)，所述电磁式离合器(2)具有离合器输入轴和离合器输出轴；
双动力耦合器(3)，所述所述双动力耦合器(3)具有两个动力输入轴和一个动力输出轴；
传动轴(4)，所述传动轴(4)具有传动轴输入端和传动轴输出端；
控制器(5)，所述控制器(5)具有信号输入端、第一信号输出端和第二信号输出端和第三信号输出端；
所述风力机输出轴连接所述离合器输入轴，所述离合器输出轴连接传动轴输入端，所述传动轴输出端连接双动力耦合器(3)的一个动力输入轴，所述双动力耦合器(3)的另一个动力输入轴连接有变频电动机(10)；
所述风力机(1)的输出轴上设置有用于监测风力机输出轴转速的编码器(6)，所述编码器(6)的信号输出端与控制器(5)的信号输入端电连接，所述控制器(5)的第一信号输出端连接所述电磁式离合器(2)的信号输入端，所述控制器(5)的第二信号输出端连接变频电动机(10)的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的风电互补动力***，其特征在于，还包括缓速制动器(7)，所述缓速制动器(7)设置于所述风力机输出轴的外侧，所述缓速制动器(7)用于限制所述风力机输出轴的转速在设定范围内。
3.根据权利要求1所述的风电互补动力***，其特征在于，还包括换向器(9)，所述换向器(9)具有竖向的换向器输入轴和横向的换向器输出轴；所述风力机(1)为垂直轴风力机(1)；所述换向器输入轴连接所述垂直轴风力机(1)的风力机输出轴，所述换向器输出轴连接电磁式离合器(2)的输入端。
4.根据权利要求1所述的风电互补动力***，其特征在于，所述传动轴(4)的外侧设置有电磁式抱闸器(8)，所述控制器(5)的第三信号输出端连接所述电磁式抱闸器(8)的信号输入端，所述控制器(5)控制电磁抱闸器的开闭。
5.一种风电互补动力***的控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的风电互补动力***，所述控制方法包括以下步骤：
步骤一，编码器(6)采集当前风力机输出轴的转速信号，发送至控制器(5)，控制器(5)将转速信号转换成当前风速；
步骤二，控制器(5)根据当前风速，控制电磁式离合器(2)的离合或调节变频电动机(10)的电源频率，具体为：
当V＞A时，控制器(5)控制电磁式离合器(2)处于分离状态，调节变频电动机(10)的电源频率，使变频电动机(10)输出功率等于双动力耦合器(3)额定输出功率；
当B＜V≤A时，控制器(5)控制电磁式离合器(2)处于闭合状态，切断变频电动机(10)，使风机输出轴的输出功率等于双动力耦合器(3)额定输出功率；
当C＜V≤B时，控制器(5)控制电磁式离合器(2)处于闭合状态，调节变频电动机(10)的电源频率，使风机输出轴的输出功率与变频电动机(10)输出功率之和等于双动力耦合器(3)额定输出功率；
当V≤C时，控制器(5)控制电磁式离合器(2)处于分离状态，调节变频电动机(10)的电源频率，使变频电动机(10)输出功率等于双动力耦合器(3)额定输出功率；
其中，V为当前风速，A为第一阈值，B为第二阈值，C为第三阈值，且A、B和C满足：C＜B＜A。
6.根据权利要求5所述的风电互补动力***的控制方法，其特征在于，第一阈值A为17.1m/s，第二阈值B为5.5m/s，第三阈值C为3.4m/s。
7.根据权利要求5所述的风电互补动力***的控制方法，其特征在于，步骤2中，当D＜V≤A时，控制器(5)控制缓速制动器(7)制动，电磁式离合器(2)处于闭合状态，切断变频电动机(10)，使风机输出轴的输出功率等于双动力耦合器(3)额定输出功率；其中，D为第四阈值，且B＜D≤A。
8.根据权利要求7所述的风电互补动力***的控制方法，其特征在于，第四阈值D为15m/s。
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