TWI424120B - Wind power generation device with wind start and its method - Google Patents

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TWI424120B TW096138051A TW96138051A TWI424120B TW I424120 B TWI424120 B TW I424120B TW 096138051 A TW096138051 A TW 096138051A TW 96138051 A TW96138051 A TW 96138051A TW I424120 B TWI424120 B TW I424120B
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Description

具微風啟動之風力發電裝置及其方法
本發明係有關於一種具微風啟動之風力發電裝置及其方法，尤指一種利用兩條饋入市電之第一、二路徑，即可增加低風速下之風能使用率之風力發電裝置。
近年來由於各國對於地球上有限能源漸漸產生能源危機，因此皆致力於研究發展替代能源取代現有能源，其中風力發電更為主要發展重點之一，然而，目前風力發電系統於實際使用上仍存在某些問題。
一般風力發電裝置在低風速之下必須克服機械之最大靜摩擦力，才可以帶動發電機轉動，因此一旦風速較弱時，即無法帶動扇葉轉子作轉動，進而使發電裝置接收不到扇葉轉子帶來之能量而無法將其動能轉換為電力發出。故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。
本發明之主要目的係在於，利用兩條饋入市電之第一、二路徑，可在一般風速夠大時，由該第一路徑並聯市電；此外，在低風速下達到低轉速或尚未克服最大靜摩擦力而不運轉時，則可以該第二路徑先由市電供電給一驅動器以驅動一發電機，待該發電機達預 設之釋放轉速點時，切掉該驅動器並恢復為饋入市電之第一路徑，如此即可增加低風速下之風能使用率。
為達以上之目的，本發明係一種具微風啟動之風力發電裝置及其方法，係至少包含一與其內含之葉片構成風機之扇葉轉子、該發電機、一三相AC/DC整流器、一DC/AC變流器及該驅動器所構成。兩條饋入市電之第一、二路徑，其中該第一路徑係在一般風速夠大時，由該扇葉轉子之葉片受風轉動時，藉其樞桿同步帶動該發電機進行發電，該發電機經由該三相AC/DC整流器後，可提供足夠電壓至該DC/AC變流器進行轉換，最後並聯市電；若在低風速下達到低轉速或尚未克服最大靜摩擦力而不運轉時，則先進行該第二路徑，首先設定一可達到預設微風啟動點(Kick Off)之觸發風速，再選擇量測評估風速之取樣模式，由各取樣模式決定係否啟動該驅動器，接著由一風速計得到當下風速，並由一轉速計得知風機狀態為轉動或靜止，藉由判斷該當下風速與該風機狀態之結果，啟動該驅動器以帶動該發電機，此時再判斷該風機之轉速若達到預定值則關閉該驅動器，若不為之則先行等待再重新進行判斷。
請參閱『第1圖』所示，係本發明之實施例示意圖。如圖所示：本發明係一種具微風啟動之風力發電 裝置及其方法，本發明具微風啟動之風力發電裝置1係至少包含一扇葉轉子11、一發電機12、一三相AC/DC整流器13、一DC/AC變流器14及一驅動器15所構成，可增加低風速下之風能使用率。
該扇葉轉子11係設有葉片111，並於其軸心112設有樞軸113，藉此構為風機。
該發電機12係與該扇葉轉子11之樞軸113相接設，用以接收該葉片111之能量。
該三相AC/DC整流器13係與該發電機12相連接，當該發電機12之扇葉轉子11受風轉動下，進而帶動該發電機12輸出三相交流電壓(Alternate Current,AC)，該三相交流電壓經由該三相AC/DC整流器13作AC/DC轉換後輸出直流電壓(Direct Current,DC)，並同時予以穩壓。
該DC/AC變流器14係與該三相AC/DC整流器13相連接，用以將該三相AC/DC整流器13輸出之直流電壓轉變成交流電壓，且並聯市電2。
該驅動器15係用以在低轉速時由市電2抽電來驅動該發電機12致使該扇葉轉子11運轉。以上所述，係構成一全新具微風啟動之風力發電裝置1。
請進一步參閱『第2圖~第5圖』所示，係分別為本發明之執行流程示意圖、本發明之定時取樣模式 示意圖、本發明之動態取樣模式示意圖及本發明之預測模式示意圖。如圖所示：本發明具微風啟動之風力發電方法，其執行流程係至少包含以下步驟：(A)設定觸發風速31：在低風速下，先設定一可達到預設微風啟動點(Kick Off)之觸發風速(U*)；(B)選擇取樣模式32：選擇量測評估風速之取樣模式，以決定係否啟動該驅動器15：>(a)選擇定時取樣模式321：如第3圖所示，選擇定時取樣模式，該定時取樣模式係用以固定之取樣頻率量測當時風速；>(b)選擇動態取樣模式322：如第4圖所示，選擇動態取樣模式，該動態取樣模式係依據先前之數據得知風速變動程度，在變動大時，取樣頻率較快，相對若變動小時，取樣頻率較慢，藉此在風速變動小時予以放寬調整取樣之時間間隔，以達到有效率之動態抽樣風速；以及>(c)選擇預測模式323：如第5圖所示，選擇預測模式，該預測模式係以先前之抽樣資料以預測之後之風速，藉下列公式推得預測風速：Uw (te )=a 1 f 1 (Uw (t1))+a 2 f 2 (Uw (t 2))+a 3 f 3 (Uw (t 3))，其中，該公式中之a1 、a2 及a3 係為權重係數，且若運用恰當，該些權 重係數還具有補償延遲(Delay Time)之效果。
(C)獲得當下風速與風機狀態33：由一風速計得到當下風速(Uw)，並由一轉速計得知風機狀態(St)為轉動(1)或靜止(0)；(D)判斷當下風速與風機狀態34：判斷該當下風速需大於該觸發風速，且該風機狀態係為靜止，若不為之則先行等待再回至步驟(C)重新進行量測；(E)啟動驅動器帶動發電機35：啟動該驅動器15以帶動該發電機12；(F)判斷風機轉速36：判斷該風機之轉速係否達到預定值，若不為之則先行等待再重新進行判斷；以及(G)關閉驅動器37：關閉該驅動器15。
本發明具微風啟動之風力發電裝置1係具有第一、二路徑4a、4b，但運行同時僅有單一路徑進行。當一般風速夠大時，係由扇葉轉子11之葉片111受風轉動時，藉該樞桿113同步帶動該發電機12進行發電，該發電機12經由該三相AC/DC整流器13後，可提供足夠電壓至該DC/AC變流器14進行轉換，最後並聯市電2。此為風力發電裝置1饋入市電2之第一路徑4a。
若風速不夠大時，該風力發電裝置1由於必須克服機械之最大靜摩擦力，才可帶動該發電機12轉動，因此加入該驅動器15，可在風速低但達到預設之微風啟動點時，進行饋入市電2之第二路徑4b。首先由市電供電給該驅動器15以驅動該發電機12，當進行至該發電機12轉速達到預設之釋放轉速點後，即該風力發電裝置1克服了最大靜摩擦力之後，再切掉該驅動器15並恢復為饋入市電2之第一路徑4a，如此即可增加低風速下之風能使用率。
綜上所述，本發明係一種具微風啟動之風力發電裝置及其方法，可有效改善習用之種種缺點，利用饋入市電之第一、二路徑，可在一般風速夠大時，由第一路徑並聯市電；若在低風速下但達到低轉速時，則先進行第二路徑，由市電供電給驅動器以驅動發電機，待該發電機之轉速達預設之釋放轉速點時，則切掉該驅動器並恢復為饋入市電之第一路徑，如此即可增加低風速下之風能使用率，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧風力發電裝置
11‧‧‧扇葉轉子
111‧‧‧葉片
112‧‧‧軸心
113‧‧‧樞軸
12‧‧‧發電機
13‧‧‧三相AC/DC整流器
14‧‧‧DC/AC變流器
15‧‧‧驅動器
2‧‧‧市電
31~37‧‧‧步驟(A)~(G)
321~323‧‧‧步驟(a)~(c)
4a‧‧‧第一路徑
4b‧‧‧第二路徑
第1圖，係本發明之實施例示意圖。
第2圖，係本發明之執行流程示意圖。
第3圖，係本發明之定時取樣模式示意圖。
第4圖，係本發明之動態取樣模式示意圖。
第5圖，係本發明之預測模式示意圖。
1‧‧‧風力發電裝置
11‧‧‧扇葉轉子
111‧‧‧葉片
112‧‧‧軸心
113‧‧‧樞軸
12‧‧‧發電機
13‧‧‧三相AC/DC整流器
14‧‧‧DC/AC變流器
15‧‧‧驅動器
2‧‧‧市電
4a‧‧‧第一路徑
4b‧‧‧第二路徑

Claims (2)

  1. 一種具微風啟動之風力發電方法，係由一設有葉片並於其軸心設有樞軸以構為風機之扇葉轉子、一與該扇葉轉子之樞軸相接設之發電機、一與該發電機相連接之三相AC/DC整流器、一與該三相AC/DC整流器相連接之DC/AC變流器、以及一與該發電機相連接之驅動器構成具有第一、二路徑，但運行同時僅有單一路徑進行之風力發電裝置，其運行風力發電之方法係在風速大至足以使該扇葉轉子之葉片受風轉動時，以第一路徑進行饋入市電，藉其樞桿同步帶動該發電機，該發電機在接收該葉片之能量後進行發電，經由該三相AC/DC整流器將該發電機輸出之三相交流電壓(Alternate Current,AC)轉換成直流電壓(Direct Current,DC)，並同時予以穩壓後提供足夠直流電壓至該DC/AC變流器進行轉換成交流電壓，最後並聯市電，其中：當風速低至不足以推動該扇葉轉子之葉片轉動，但達到預設之微風啟動點(Kick Off)時，係以第二路徑進行饋入市電，先由市電供電給該驅動器以驅動該發電機致使該扇葉轉子運轉，當進行至該發電機轉速達到預設之釋放轉速點後，係切掉該驅動器並恢復為饋入市電之第一路徑。
  2. 一種具微風啟動之風力發電方法，其至少包含以下 步驟：(A)先設定一觸發風速；(B)選擇風速之取樣模式，包含：(a)定時取樣模式，該定時取樣模式係用以固定之取樣頻率量測當時風速；(b)動態取樣模式，該動態取樣模式係依據風速變動程度，在風速變動大時，取樣頻率較快，相對若風速變動小時，取樣頻率較慢，藉此在風速變動小時予以放寬調整取樣之時間間隔，以動態抽樣風速；及(c)預測模式，該預測模式係以先前之抽樣資料以預測之後之風速，藉下列公式推得預測風速；Uw (te )=a 1 f 1 (Uw (t 1))+a 2 f 2 (Uw (t 2))+a 3 f 3 (Uw (t 3))，其中，該公式中之a1 、a2 及a3 係為權重係數(C)由一風速計得到當下風速，並由一轉速計得知風機狀態為轉動或靜止；(D)判斷該當下風速需大於該觸發風速，且該風機狀態係為靜止，否之則先行等待再回至步驟(C)重新進行量測；(E)啟動一驅動器帶動一發電機； (F)判斷該風機之轉速係否達到預定值，否之則先行等待再重新進行判斷；以及(G)關閉該驅動器。
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