RU2443904C1

RU2443904C1 - Method to convert wind energy into electric energy

Info

Publication number: RU2443904C1
Application number: RU2010128021/06A
Authority: RU
Inventors: Борис Георгиевич Пляскин (RU); Борис Георгиевич Пляскин; Роман Викторович Горбунов (RU); Роман Викторович Горбунов; Данил Александрович Дейс (RU); Данил Александрович Дейс; Александр Игоревич Рыбаков (RU); Александр Игоревич Рыбаков; Антон Сергеевич Шеханов (RU); Антон Сергеевич Шеханов
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-02-27
Also published as: RU2010128021A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: method to convert wind energy into electric energy consisting in the fact that at first mechanical energy of the windwheel is converted into electric energy with the help of the power generator. Then using a photoelectric device of galvanic isolation it is sent to an inverter to charge an accumulator battery and to convert it into AC.

EFFECT: invention makes it possible to increase efficiency of conversion of mechanical energy of the windwheel into electric energy of the accumulator battery.

Description

Изобретение относится к области возобновляемых источников электрической энергии.The invention relates to the field of renewable electric energy.

Известен импульсный способ преобразования энергии ветра в электрическую энергию аккумуляторной батареи, заключающийся в том, что механическую энергию ветроколеса преобразуют в электрическую энергию высоковольтных импульсов переменного тока, которые через разрядник и выпрямительное устройство заряжают батарею конденсаторов для формирования импульсов зарядного тока аккумуляторной батареи (см. пат. №2338924 РФ, МПК F03D 9/02, опубл. 20.11.2008 - бюл. №32).A known pulsed method of converting wind energy into electrical energy of a battery is that the mechanical energy of a wind wheel is converted into electrical energy of high-voltage AC pulses, which charge a capacitor bank through an arrester and rectifier device to form charging pulses of the battery’s charging current (see US Pat. No. 2338924 of the Russian Federation, IPC F03D 9/02, published on November 20, 2008 - Bulletin No. 32).

Недостатками способа являются:The disadvantages of the method are:

1. Потери мощности на искровом промежутке разрядника.1. Power loss in the spark gap of the arrester.

2. Потери мощности при однополупериодном выпрямлении.2. Power loss during half-wave rectification.

3. Потери мощности на стабилитроне.3. Power loss on the zener diode.

Таким образом, эффективность преобразования энергии ветра в электрическую энергию импульсным способом недостаточна для рационального использования ветроэнергетических установок.Thus, the efficiency of converting wind energy into electrical energy in a pulsed manner is insufficient for the rational use of wind power plants.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении эффективности преобразования механической энергии ветроколеса в электрическую энергию аккумуляторной батареи.The technical result of the proposed solution is to increase the efficiency of converting the mechanical energy of a wind wheel into electrical energy of a battery.

Результат достигается тем, что способ преобразования механической энергии ветра в электрическую энергию заключается в том, что механическую энергию ветроколеса сначала преобразуют в электрическую энергию с помощью генератора электрической энергии, а затем с помощью фотоэлектрического устройства гальванической развязки передают на инвертор для заряда аккумуляторной батареи и преобразования в переменный электрический ток.The result is achieved in that a method of converting mechanical wind energy into electrical energy is that the mechanical energy of a wind wheel is first converted into electrical energy using an electric energy generator, and then, using a galvanic isolation photovoltaic device, it is transferred to an inverter to charge the battery and convert to alternating electric current.

Способ заключается также в том, что в качестве фотоэлектрического устройства гальванической развязки используют оптрон.The method also consists in the fact that an optocoupler is used as a photoelectric galvanic isolation device.

Предложен способ преобразования энергии ветра в электрическую энергию, который основан на получении электрической энергии постоянного, переменного или выпрямленного напряжения в генераторе электрической энергии. Нагрузкой такого генератора является оптрон, в котором происходит преобразование электрического сигнала в свет, его передача по оптическому каналу и последующее преобразование обратно в электрический сигнал. Полученный электрический сигнал используется для формирования зарядного тока аккумулятора электрической энергии. Таким образом, оптрон гальванически развязывает генератор и зарядную сеть аккумулятора электрической энергии, что эквивалентно работе генератора электрической энергии с постоянной нагрузкой. Выполненная гальваническая развязка с помощью оптрона позволяет уменьшить зависимость величины полученной в ветроэнергетической установке электрической энергии от скорости ветра. Параметры ветроколеса подбираются таким образом, чтобы ветроэнергетическая установка работала в номинальном режиме при скорости ветра, равной среднегодовой скорости ветра, характерной для данной местности.A method for converting wind energy into electrical energy is proposed, which is based on the production of direct, alternating or rectified voltage electric energy in an electric energy generator. The load of such a generator is an optocoupler, in which the electrical signal is converted into light, transmitted through the optical channel and then converted back to an electrical signal. The received electrical signal is used to generate the charging current of the electric energy accumulator. Thus, the optocoupler galvanically decouples the generator and the charging network of the electric energy accumulator, which is equivalent to the operation of the electric energy generator with a constant load. The performed galvanic isolation with the help of an optocoupler makes it possible to reduce the dependence of the amount of electric energy received in a wind power installation on the wind speed. The parameters of the wind wheel are selected in such a way that the wind power plant operates in the nominal mode at a wind speed equal to the average annual wind speed characteristic of a given area.

На фиг. изображена блок-схема способа преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Ветроэнергетическая установка содержит:In FIG. depicts a flowchart of a method for converting wind energy into electrical energy. The wind power installation contains:

1 - ветроколесо;1 - wind wheel;

2 - генератор электрической энергии;2 - electric power generator;

3 - оптрон;3 - optocoupler;

4 - зарядное устройство аккумуляторной батареи с функцией инвертора;4 - battery charger with inverter function;

5 - аккумуляторная батарея;5 - rechargeable battery;

6 - нагрузка постоянного и переменного тока.6 - load of direct and alternating current.

Способ преобразования энергии ветра в электрическую энергию осуществляется следующим образом.The method of converting wind energy into electrical energy is as follows.

Механическая энергия ветра передается ветроколесу 1, которое под действием этой энергии начинает вращать генератор электрической энергии 2. Вращаясь, генератор вырабатывает электрическую энергию. Электрическая энергия поступает с генератора на оптрон 3, где преобразуется в энергию светового потока. Фоторегистрирующая схема оптрона, при появлении светового потока, преобразует ее в электрическую энергию, которая затем подается на зарядное устройство аккумуляторной батареи 4. Данное зарядное устройство выполняет функции управления зарядом аккумуляторной батареи 5, а также работает в качестве инвертора для нагрузки переменного тока. Нагрузка постоянного тока питается от аккумуляторной батареи.The mechanical energy of the wind is transmitted to the wind wheel 1, which under the influence of this energy starts to rotate the generator of electric energy 2. Rotating, the generator generates electric energy. Electrical energy is supplied from the generator to the optocoupler 3, where it is converted into energy of the light flux. The photo-recording circuit of the optocoupler, when a luminous flux appears, converts it into electrical energy, which is then supplied to the battery charger 4. This charger performs the functions of controlling the charge of the battery 5, and also acts as an inverter for AC load. The DC load is powered by the battery.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в следующем:The advantages of the proposed method are as follows:

- оптрон обеспечивает гальваническую развязку цепи генератора электрической энергии и зарядного устройства аккумуляторной батареи, что эквивалентно работе генератора на постоянную нагрузку;- the optocoupler provides galvanic isolation of the circuit of the electric energy generator and the battery charger, which is equivalent to the generator working at constant load;

- механический момент сопротивления электрической нагрузки генератора постоянен, что позволяет подобрать параметры ветроколеса таким образом, чтобы ветроэнергетическая установка работала в номинальном режиме при скорости ветра, равной среднегодовой скорости ветра, характерной для данной местности;- the mechanical moment of resistance of the electric load of the generator is constant, which allows you to select the parameters of the wind wheel in such a way that the wind power plant operates in nominal mode at a wind speed equal to the average annual wind speed characteristic of the area;

- исключаются потери мощности на искровом промежутке разрядника, потери мощности при однополупериодном выпрямлении и потери мощности на стабилитроне (потери мощности на оптроне определяются только излучением и поглощением светового потока), что повышает эффективность преобразования механической энергии ветра в электрическую энергию всей установки по сравнению с рассматриваемым аналогом.- excludes power losses at the spark gap of the spark gap, power losses during half-wave rectification and power losses at the zener diode (power losses at the optocoupler are determined only by radiation and absorption of the light flux), which increases the efficiency of converting mechanical wind energy into electrical energy of the entire installation compared to the analogue under consideration .

Claims

1. Способ преобразования энергии ветра в электрическую энергию, заключающийся в том, что механическую энергию ветроколеса сначала преобразуют в электрическую энергию с помощью генератора электрической энергии, а затем с помощью фотоэлектрического устройства гальванической развязки передают на инвертор для заряда аккумуляторной батареи и преобразования в переменный электрический ток.1. The method of converting wind energy into electrical energy, which consists in the fact that the mechanical energy of the wind wheel is first converted into electrical energy using an electric energy generator, and then using a photovoltaic isolation device, it is transferred to an inverter to charge the battery and convert to alternating electric current .

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фотоэлектрического устройства гальванической развязки используют оптрон. 2. The method according to claim 1, characterized in that an optocoupler is used as a photovoltaic device of galvanic isolation.