垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動時，集中并網(wǎng)控制器啟動并網(wǎng)，并控制各個控制開關(guān)閉合；機側(cè)控制器拖動對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)動至設(shè)定的啟動轉(zhuǎn)速；然后將垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作模式切換到發(fā)電模式，進行風(fēng)力發(fā)電。通過該啟動方法能夠控制垂直軸風(fēng)力發(fā)電機有效地啟動，解決了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機啟動困難的問題。
【專利說明】
垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機按照旋轉(zhuǎn)軸的方向可以分為水平軸和垂直軸兩種。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機具有低噪音、維護方便、葉片設(shè)計制造簡單、造價低、不需對風(fēng)裝置、不需太高塔架等優(yōu)點。當(dāng)垂直軸風(fēng)輪做大以后面臨垂直軸承彎矩越來越大的問題，彎矩越大對軸的強度要求越高，不僅重量重了而且很容易損壞。因而限制了大功率垂直軸風(fēng)機的商業(yè)化。目前垂直軸風(fēng)機一般被廣泛應(yīng)用于小功率風(fēng)機領(lǐng)域，且垂直軸風(fēng)機存在不能自啟動問題。
[0003]風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括多個部分，而其中的控制部分貫穿到每個部分，相當(dāng)于風(fēng)電系統(tǒng)的神經(jīng)，因此控制部分的好壞直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)、發(fā)電量的多少以及設(shè)備的安全。
[0004]垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制部分主要包括各種傳感器、運行主控制器、并網(wǎng)控制單元、備用電源系統(tǒng)、通訊電路、監(jiān)控單元。具體控制內(nèi)容有:信號的數(shù)據(jù)采集、處理，轉(zhuǎn)速控制、最大功率點跟蹤控制、并網(wǎng)控制、停機制動控制、就地監(jiān)控、遠程監(jiān)控。目前，我們之前研制的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般由多臺子風(fēng)機系統(tǒng)構(gòu)成，基本采用每臺子風(fēng)機系統(tǒng)配備一整套控制系統(tǒng)的匹配方式，這種控制方式不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要多個子控制系統(tǒng);而且，由小功率垂直軸風(fēng)機構(gòu)成的子風(fēng)機系統(tǒng)獨立并網(wǎng)往往會造成電能質(zhì)量差、并網(wǎng)集中控制難度大等問題。
[0005]而且，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的軸線與風(fēng)成垂直關(guān)系，所以，其無法像水平軸風(fēng)力發(fā)電機那樣能夠較為方便地利用風(fēng)能進行啟動，因此，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的啟動較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法，用以解決垂直軸風(fēng)力發(fā)電機啟動困難的問題。本發(fā)明同時提供一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法，包括以下步驟:
[0008](I)當(dāng)風(fēng)機發(fā)電系統(tǒng)啟動時，集中并網(wǎng)控制器啟動并網(wǎng)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的運行模式是電動模式，機側(cè)控制器拖動對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)動至設(shè)定的啟動轉(zhuǎn)速；
[0009](2)當(dāng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到啟動轉(zhuǎn)速后，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作模式切換到發(fā)電模式，進行風(fēng)力發(fā)電。
[0010]風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動的條件包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接收到就地或者遠程并網(wǎng)命令，或者垂直軸風(fēng)力發(fā)電機滿足啟動條件。
[0011]當(dāng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作模式切換到發(fā)電模式之后，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機以最大功率跟蹤模式進行風(fēng)力發(fā)電。
[0012]當(dāng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速大于或者等于額定轉(zhuǎn)速時，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作模式切換至恒轉(zhuǎn)速模式。
[0013]當(dāng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機輸出功率超過最大功率時，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機制動停機。
[0014]當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接收到停機命令或者風(fēng)速低于啟動風(fēng)速時，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機通過能量回饋制動方式進行停機，而且集中并網(wǎng)控制器退出并網(wǎng)。
[0015]一種實施上述垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括至少一個垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，以及與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機對應(yīng)的機側(cè)控制器，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的電能輸出端輸出連接對應(yīng)機側(cè)控制器的一端，所有的機側(cè)控制器的另一端均連接到一個集中并網(wǎng)控制器的一端，所述集中并網(wǎng)控制器的另一端用于連接交流電網(wǎng)；每個垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的電能輸出端與對應(yīng)的機側(cè)控制器之間的輸電線路上或者每個機側(cè)控制器與集中并網(wǎng)控制器之間的輸電線路上均串設(shè)有控制開關(guān)，所述集中并網(wǎng)控制器控制連接所有的控制開關(guān)。
[0016]機側(cè)控制器包括整流模塊，集中并網(wǎng)控制器包括逆變模塊，每個機側(cè)控制器的另一端均對應(yīng)輸出連接一條直流母線，所有的直流母線連接一條總母線，所述集中并網(wǎng)控制器的一端連接所述總母線;所述控制開關(guān)對應(yīng)串設(shè)在所述直流母線上。
[0017]所述垂直軸風(fēng)力發(fā)電機為H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機。
[0018]所述發(fā)電系統(tǒng)還包括不間斷電源系統(tǒng)，所述不間斷電源系統(tǒng)供電連接所述集中并網(wǎng)控制器和所有的機側(cè)控制器。
[0019]本發(fā)明中的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法中，根據(jù)需求進行并網(wǎng)，首先控制風(fēng)力發(fā)電機為電動模式，拖動風(fēng)力發(fā)電機至一定的轉(zhuǎn)速，然后將垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作模式切換到發(fā)電模式，進行風(fēng)力發(fā)電。這種控制方式將發(fā)電過程分為了前后兩部分，第一部分中，由于風(fēng)力發(fā)電機剛啟動時，轉(zhuǎn)速較低，所以風(fēng)力發(fā)電機為被動模式，被拖動使轉(zhuǎn)速逐漸增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達一定值時，控制風(fēng)力發(fā)電機切換為主動發(fā)電模式，進行風(fēng)力發(fā)電。通過該啟動方法能夠控制垂直軸風(fēng)力發(fā)電機有效地啟動，解決了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機啟動困難的問題。
[0020]并且，由于轉(zhuǎn)速過低時發(fā)出電能的電能質(zhì)量很差，所以，這種控制方式舍棄了轉(zhuǎn)速較低時發(fā)出的電能，提升了電能質(zhì)量。并且能夠使風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速迅速提升，減小了發(fā)電機的啟動時間，提升了發(fā)電效率。
[0021]另外，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機與機側(cè)控制器一一對應(yīng)，一個機側(cè)控制器對應(yīng)控制一個風(fēng)力發(fā)電機，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機的工作模式的切換以及啟動和停機等控制，機側(cè)控制器采用獨立控制垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的方式，依據(jù)不同風(fēng)機風(fēng)況進行獨立控制，控制靈活。并且，整個發(fā)電系統(tǒng)中只涉及一個集中并網(wǎng)控制器，該并網(wǎng)控制器實現(xiàn)整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制，所以，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中并沒有設(shè)置多個控制系統(tǒng)，只是設(shè)置多個機側(cè)控制器以及一個并網(wǎng)控制器，所以，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，降低了控制的復(fù)雜程度。而且，通過一個并網(wǎng)控制器進行集中并網(wǎng)控制相較于多個子風(fēng)機系統(tǒng)獨立并網(wǎng)而言，這種集中并網(wǎng)方式解決了風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制難和電能質(zhì)量差的弊端，降低了并網(wǎng)控制難度，提升了電能質(zhì)量。所以，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有實施方便和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，能夠保證風(fēng)電場每臺風(fēng)機運行安全、風(fēng)力發(fā)電高效并網(wǎng)、并能統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。
[0022]而且，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)有任何一臺風(fēng)力發(fā)電機出現(xiàn)故障時，只需切掉其與集中控制器之間的控制開關(guān)，將該故障發(fā)電機切除掉，而其他正常運行的發(fā)電機不受影響，仍舊正常工作，所以，該系統(tǒng)可靠性強，控制靈活，實現(xiàn)了能量匯集、單臺發(fā)電機故障切出功能，便于擴展應(yīng)用。
【附圖說明】
[0023]圖1是垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是集中并網(wǎng)控制器的控制原理示意圖；
[0025]圖3是風(fēng)機側(cè)控制器的控制原理示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0027]本發(fā)明提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中包括至少一個垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其中，風(fēng)力發(fā)電機的具體個數(shù)是根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率或者其他的需求進行設(shè)定的。并且，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機可以是H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，也可以是其他類型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機。由于H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機兼顧了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的優(yōu)點，齒輪箱、發(fā)電機軸承設(shè)計成熟，且采用永磁同步電機作為發(fā)電機解決了風(fēng)機自啟動難題，所以，在本實施例中，為了便于說明，以H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機為例，以下簡稱風(fēng)機。
[0028]在本實施例中，以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中包括η個(η多2)H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機為例，如圖1所示，分別是H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機11、H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機12、......、H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機IN，這η個發(fā)電機構(gòu)成發(fā)電機系統(tǒng)I，并且這η個發(fā)電機之間獨立設(shè)置，相互之間不受影響。該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還包括η個風(fēng)機側(cè)控制器，分別是風(fēng)機側(cè)控制器21、風(fēng)機側(cè)控制器22、……、風(fēng)機側(cè)控制器2Ν，這η個風(fēng)機側(cè)控制器構(gòu)成風(fēng)機側(cè)控制器系統(tǒng)2，所以，H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機與風(fēng)機側(cè)控制器的個數(shù)相同，并且是一一對應(yīng)的關(guān)系。
[0029]H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的電能輸出端對應(yīng)輸出連接風(fēng)機側(cè)控制器一端，如圖1所示，H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機11的電能輸出端連接風(fēng)機側(cè)控制器21的一端，H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機12的電能輸出端連接風(fēng)機側(cè)控制器22的一端，……，Η型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機IN的電能輸出端連接風(fēng)機側(cè)控制器2Ν的一端。
[0030]風(fēng)機側(cè)控制器用于控制對應(yīng)的風(fēng)機，其中，包括對風(fēng)機的運行狀態(tài)進行控制。而且，由于風(fēng)機輸出的電能為交流電，所以，風(fēng)機側(cè)控制器中設(shè)置有整流模塊，風(fēng)機輸出的交流電通過整流模塊之后輸出為直流電。由于風(fēng)機側(cè)控制器屬于現(xiàn)有技術(shù)，那么，關(guān)于其結(jié)構(gòu)以及具體的工作原理等均不再詳細描述。
[0031]所有的風(fēng)機側(cè)控制器的另一端均對應(yīng)輸出直流母線7，直流母線7分為η條直流母線以及一條總母線，其中，風(fēng)機側(cè)控制器21的另一端輸出連接第一直流母線，風(fēng)機側(cè)控制器22的另一端輸出連接第二直流母線，……，風(fēng)機側(cè)控制器2Ν的另一端輸出連接第N直流母線。并且，每條直流母線上均串設(shè)有控制開關(guān)，在本實施例中，以接觸器為例。其中，第一直流母線上串設(shè)接觸器71，第二直流母線上串設(shè)接觸器72，……，第N直流母線上串設(shè)有接觸器7Ν。
[0032]這η條直流母線均與總母線連接，總母線連接一個集中并網(wǎng)控制器的一端，該集中并網(wǎng)控制器的另一端用于連接三相交流電網(wǎng)12。由于該集中并網(wǎng)控制器需要將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，所以，該集中并網(wǎng)控制器中需要設(shè)置有逆變模塊，因此，為了直觀體現(xiàn)該控制器的主要功能，可以將該集中并網(wǎng)控制器稱為集中并網(wǎng)逆變器。雖然，該集中并網(wǎng)控制器也稱為集中并網(wǎng)逆變器，但是，該集中并網(wǎng)逆變器除了具備逆變功能之外，還具備控制器的相關(guān)控制功能。
[0033]集中并網(wǎng)逆變器3控制連接所有的接觸器。
[0034]集中并網(wǎng)逆變器3為現(xiàn)場控制中樞，通過穩(wěn)定直流母線電壓的方式進行并網(wǎng)控制和電能質(zhì)量控制。集中并網(wǎng)逆變器3通過控制器系統(tǒng)2接收發(fā)電機系統(tǒng)I的運行數(shù)據(jù)，并下發(fā)控制命令。所有的直流母線均連接總母線，將所有的風(fēng)機發(fā)出的電能匯入總母線中，并借助集中并網(wǎng)逆變器3饋入三相交流電網(wǎng)12。另外，各個直流母線上的接觸器能夠?qū)崿F(xiàn)故障風(fēng)機單獨切出的功能。
[0035]由于每臺風(fēng)機機位處的風(fēng)況不同，所以，獨立的風(fēng)機側(cè)控制器是有必要的，依據(jù)不同風(fēng)機的風(fēng)況進行獨立控制。并且，如果假設(shè)集中式并網(wǎng)逆變器的容量為P，風(fēng)機的功率為Pi(i = l，2，……，N)，為了便于風(fēng)機的擴展，需要滿足PSPdP2+……+Pn0
[0036]而且，為了保證風(fēng)機側(cè)控制器21、22……、2N以及集中并網(wǎng)逆變器3的可靠工作，該發(fā)電系統(tǒng)還包括不間斷電源系統(tǒng)4，如圖1所示，不間斷電源系統(tǒng)4從交流電網(wǎng)取電，經(jīng)過電能處理之后生成各個控制器所需電能，并通過供電回路8供電連接所有的風(fēng)機側(cè)控制器和集中并網(wǎng)逆變器。另外，不間斷電源系統(tǒng)4為系統(tǒng)公用的UPS系統(tǒng)，在電網(wǎng)掉電的情況下仍然能夠保證可靠供電。而且，只使用一個UPS系統(tǒng)，即采用集中式UPS設(shè)計，相較于現(xiàn)有系統(tǒng)中的每臺風(fēng)機子控制系統(tǒng)均配套一個獨立的UPS，系統(tǒng)設(shè)計更加簡單、可靠。
[0037]為了實現(xiàn)各個風(fēng)機側(cè)控制器之間的通信，以及集中并網(wǎng)逆變器與風(fēng)機側(cè)控制器之間的通信，各個風(fēng)機側(cè)控制器依次連接，并且，集中并網(wǎng)逆變器與風(fēng)機側(cè)控制器之間通過通信總線9連接。上述給出的通信方式能夠?qū)崿F(xiàn)集中并網(wǎng)逆變器與各個風(fēng)機側(cè)控制器之間的通信連接。當(dāng)然，集中并網(wǎng)逆變器還可以分別與各個風(fēng)機側(cè)控制器進行通信連接，以實現(xiàn)集中并網(wǎng)逆變器與各個風(fēng)機側(cè)控制器之間的通信。
[0038]而且，該發(fā)電系統(tǒng)還包括人機界面5和監(jiān)控系統(tǒng)6，人機界面屬于就地控制，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在遠端，屬于遠程控制，人機界面5通過就地通信線路10與集中并網(wǎng)逆變器3連接，監(jiān)控系統(tǒng)6通過遠程通信線路11與集中并網(wǎng)逆變器3連接。
[0039]通信線路9、10和11構(gòu)成了發(fā)電系統(tǒng)的通信回路，在本實施例中，通信線路9可以使用Prof ibus或者CAN總線，通信速率快，技術(shù)成熟，接線方式簡單且便于擴展應(yīng)用。并且，采用一主多從通信機制，所有的風(fēng)機側(cè)控制器將風(fēng)機運行數(shù)據(jù)及狀態(tài)實時上送集中并網(wǎng)逆變器3，集中并網(wǎng)逆變器3響應(yīng)人機界面5或者監(jiān)控系統(tǒng)6的命令并依據(jù)各風(fēng)機狀態(tài)向各個風(fēng)機側(cè)控制器下發(fā)相應(yīng)的控制命令?？傊?，以集中并網(wǎng)逆變器作為發(fā)電系統(tǒng)通信的主站，與系統(tǒng)內(nèi)每個風(fēng)機側(cè)控制器進行信息交互，人機界面及監(jiān)控系統(tǒng)分別作為系統(tǒng)就地及遠程控制部分與集中并網(wǎng)逆變器進行數(shù)據(jù)交互，這種通信方式簡化了系統(tǒng)通信設(shè)計，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的實時和有效性。將風(fēng)機側(cè)控制器系統(tǒng)2當(dāng)作機側(cè)控制子站，接收發(fā)電機系統(tǒng)I的相關(guān)傳感器信息，實現(xiàn)對發(fā)電機系統(tǒng)I的實時有效控制;集中并網(wǎng)逆變器3作為現(xiàn)場控制的中樞，與風(fēng)機側(cè)控制器系統(tǒng)2數(shù)據(jù)交互，信息交互量大，實時控制機側(cè)控制子站運行;人機界面5和監(jiān)控系統(tǒng)6均用于監(jiān)控，通過風(fēng)機側(cè)控制器系統(tǒng)2接收用戶關(guān)心的系統(tǒng)運行重要參數(shù)，回路簡單，信息交互高效。
[0040]另外，通信線路9構(gòu)成現(xiàn)場數(shù)據(jù)交互回路，為底層通信回路，通信線路10和11為頂層通信回路。通信分層設(shè)計使得通信系統(tǒng)更簡單、高效。而且，人機界面5與集中并網(wǎng)逆變器3之間的通信線路10的通信距離較短，可以使用RS485通信協(xié)議，進行系統(tǒng)整體運行數(shù)據(jù)的交互以及就地控制命令的下發(fā)，特別適用于現(xiàn)場調(diào)試;并且，就地通信使用較短的通信線路能夠方便系統(tǒng)集成。監(jiān)控系統(tǒng)6與集中并網(wǎng)逆變器3之間的通信線路11的通信距離長，可以使用以太網(wǎng)通信協(xié)議，進行系統(tǒng)整體運行數(shù)據(jù)的交互以及遠程控制命令的下發(fā)，特別適用于后臺監(jiān)視。
[0041]三相交流電網(wǎng)12在正常發(fā)電時接收風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的電能，并能在風(fēng)機啟動階段為系統(tǒng)提供能量。
[0042]針對上述垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，本發(fā)明提供一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法，具體包括如下步驟:
[0043]當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動時，集中并網(wǎng)逆變器啟動并網(wǎng)，穩(wěn)定系統(tǒng)中的直流母線的電壓，向所有的風(fēng)機側(cè)控制器下發(fā)啟機命令，并且，集中并網(wǎng)逆變器控制閉合風(fēng)機各個直流母線上的接觸器。
[0044]風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動的條件可以有以下兩大類:一種是接收到外界的啟動命令，還有一種是滿足啟動條件，其中，接收到外界的啟動命令包括接收到就地并網(wǎng)命令，比如人機界面發(fā)出的并網(wǎng)命令，以及接收到遠程并網(wǎng)命令，比如監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的并網(wǎng)命令;滿足啟動條件為滿足發(fā)電系統(tǒng)啟動的條件，比如實際的風(fēng)速滿足風(fēng)力發(fā)電機啟動條件(一般要求30s內(nèi)平均風(fēng)速要大于2.5m/s且小于最大設(shè)定風(fēng)速)。
[0045]風(fēng)機側(cè)控制器控制對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作模式為電動模式，并且拖動對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)動，使垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速從零逐漸上升。并且在此期間，風(fēng)機側(cè)控制器實時檢測對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)對應(yīng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速達到設(shè)定的啟動轉(zhuǎn)速時，風(fēng)機側(cè)控制器控制切換對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作模式，將發(fā)電機的模式切換到發(fā)電模式，進行風(fēng)力發(fā)電。在本實施例中，為了更加有效地利用風(fēng)力發(fā)電，在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機運行在發(fā)電模式之后，風(fēng)機側(cè)控制器控制對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機以最大功率跟蹤模式進行風(fēng)力發(fā)電。
[0046]而且，進一步地，當(dāng)風(fēng)速很大時，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速在上述啟動轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上逐漸上升，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到大于或者等于設(shè)定的發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速時，機側(cè)控制器控制對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機工作在恒轉(zhuǎn)速模式。而且，當(dāng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機輸出功率超過最大功率時，進入緊急停機模式，機側(cè)控制器控制對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機制動停機。其中，最大功率為風(fēng)機正常運行時能夠輸出的最大功率。
[0047]當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接收到正常停機命令或者風(fēng)速低于啟動風(fēng)速時，風(fēng)機側(cè)控制器控制對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機通過能量回饋制動方式進行停機，而且集中并網(wǎng)控制器退出并網(wǎng)。其中，啟動風(fēng)速為風(fēng)機啟動所需的最小風(fēng)速。
[0048]另外，在發(fā)電過程中，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)有任何一臺發(fā)電機出現(xiàn)故障時，集中并網(wǎng)逆變器控制斷開其與集中并網(wǎng)逆變器之間的接觸器，并且與該故障風(fēng)機對應(yīng)的風(fēng)機側(cè)控制器控制該風(fēng)機進入緊急停機模式，制動停機。
[0049]上述控制方法中涉及到幾個設(shè)定值，用于與實際的轉(zhuǎn)速或者風(fēng)速進行比較，這些設(shè)定值并不是具體的數(shù)值，其可以根據(jù)實際所需進行設(shè)定。
[0050]上述對該控制方法進行了具體說明，通過上述描述可知，該控制方法主要是由各個風(fēng)機側(cè)控制器與集中并網(wǎng)逆變器中的運行控制策略構(gòu)成的。
[0051]本實施例中，給出一種具體的集中并網(wǎng)逆變器的控制原理流程，如圖2所示。開始時，集中并網(wǎng)逆變器上電啟動且初始化完成后進入上電設(shè)備自檢，自檢完成后進入并網(wǎng)模式，穩(wěn)定母線電壓。在接收到就地或者遠程啟機命令后，判斷風(fēng)機是否滿足啟機條件(一般要求30s內(nèi)的平均風(fēng)速要大于2.5m/s且小于最大風(fēng)速)，如果滿足啟機條件則向風(fēng)機側(cè)控制器下發(fā)啟機命令。在接收到就地或者遠程停機命令后，如果風(fēng)機已經(jīng)啟機則進入發(fā)電制動模式，直至風(fēng)機停機完成后斷開直流母線接觸器并投入風(fēng)機剎車制動。在并網(wǎng)過程中如果發(fā)現(xiàn)有風(fēng)機出現(xiàn)故障，則切掉相應(yīng)母線接觸器并對此風(fēng)機進行剎車制動。在并網(wǎng)控制或者自檢過程中出現(xiàn)故障，進入故障狀態(tài)，系統(tǒng)制動停機。總之，集中并網(wǎng)逆變器向各個風(fēng)機側(cè)控制器發(fā)送相應(yīng)的控制命令，來使風(fēng)機側(cè)控制器對對應(yīng)的風(fēng)機進行控制。
[0052]本實施例中，給出一種具體的風(fēng)機側(cè)控制器的控制原理流程，如圖3所示?？刂破魃想妴忧页跏蓟瓿珊筮M入上電設(shè)備自檢，自檢完成后進入待機模式，在接收到集中并網(wǎng)逆變器啟機命令后控制對應(yīng)的風(fēng)機進入電動模式，拖動風(fēng)機至啟動轉(zhuǎn)速。風(fēng)機在進入發(fā)電模式之后，即啟動完成后，風(fēng)機中的風(fēng)輪在風(fēng)力作用下自由旋轉(zhuǎn)，風(fēng)機側(cè)控制器控制對應(yīng)的風(fēng)機進入最大功率跟蹤模式，將風(fēng)能以最大功率饋入直流母線。當(dāng)檢測到風(fēng)機的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時，控制風(fēng)機恒轉(zhuǎn)速控制模式。當(dāng)接收到制動命令時，進入制動模式，控制對應(yīng)的風(fēng)機制動停機，制動完成后進入待機模式。在以上任何模式下，當(dāng)檢測到系統(tǒng)故障時立即進入故障模式。在故障模式下，故障解決且故障復(fù)位后進入待機模式。
[0053]另外，上述實施例中，風(fēng)機轉(zhuǎn)速的檢測以及風(fēng)速的檢測均是通過相應(yīng)的檢測設(shè)備實現(xiàn)的，比如:通過轉(zhuǎn)速傳感器檢測風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，通過風(fēng)速檢測裝置檢測風(fēng)速，由于這些檢測設(shè)備均屬于現(xiàn)有技術(shù)，這里就不再對其進行詳細描述。
[0054]上述實施例中，風(fēng)機側(cè)控制器與集中并網(wǎng)逆變器之間的直流母線上串設(shè)有接觸器，這只是較為常用的設(shè)置方式，當(dāng)然，作為其他的實施例，接觸器并不設(shè)置在上述位置，而是設(shè)置在對應(yīng)的風(fēng)機與風(fēng)機側(cè)控制器之間的電能傳輸線路上。
[0055]以上給出了具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基本思路在于風(fēng)機的啟動控制方法，而不對實施該方法的發(fā)電系統(tǒng)做出限定性要求，作為其他的實施例，實施該方法的發(fā)電系統(tǒng)并不局限于該實施例。
【主權(quán)項】
1.一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)當(dāng)風(fēng)機發(fā)電系統(tǒng)啟動時，集中并網(wǎng)控制器啟動并網(wǎng)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的運行模式是電動模式，機側(cè)控制器拖動對應(yīng)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)動至設(shè)定的啟動轉(zhuǎn)速； (2)當(dāng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到啟動轉(zhuǎn)速后，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作模式切換到發(fā)電模式，進行風(fēng)力發(fā)電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法，其特征在于，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動的條件包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接收到就地或者遠程并網(wǎng)命令，或者垂直軸風(fēng)力發(fā)電機滿足啟動條件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法，其特征在于，當(dāng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作模式切換到發(fā)電模式之后，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機以最大功率跟蹤模式進行風(fēng)力發(fā)電。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法，其特征在于，當(dāng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速大于或者等于額定轉(zhuǎn)速時，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的工作模式切換至恒轉(zhuǎn)速模式。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法，其特征在于，當(dāng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機輸出功率超過最大功率時，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機制動停機。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法，其特征在于，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接收到停機命令或者風(fēng)速低于啟動風(fēng)速時，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機通過能量回饋制動方式進行停機，而且集中并網(wǎng)控制器退出并網(wǎng)。7.—種實施權(quán)利要求1所述垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動控制方法的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，以及與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機一一對應(yīng)的機側(cè)控制器，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的電能輸出端輸出連接對應(yīng)機側(cè)控制器的一端，所有的機側(cè)控制器的另一端均連接到一個集中并網(wǎng)控制器的一端，所述集中并網(wǎng)控制器的另一端用于連接交流電網(wǎng);每個垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的電能輸出端與對應(yīng)的機側(cè)控制器之間的輸電線路上或者每個機側(cè)控制器與集中并網(wǎng)控制器之間的輸電線路上均串設(shè)有控制開關(guān)，所述集中并網(wǎng)控制器控制連接所有的控制開關(guān)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，機側(cè)控制器包括整流模塊，集中并網(wǎng)控制器包括逆變模塊，每個機側(cè)控制器的另一端均對應(yīng)輸出連接一條直流母線，所有的直流母線連接一條總母線，所述集中并網(wǎng)控制器的一端連接所述總母線;所述控制開關(guān)對應(yīng)串設(shè)在所述直流母線上。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直軸風(fēng)力發(fā)電機為H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)還包括不間斷電源系統(tǒng)，所述不間斷電源系統(tǒng)供電連接所述集中并網(wǎng)控制器和所有的機側(cè)控制器。
【文檔編號】F03D7/06GK106089583SQ201610672026
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月15日 公開號201610672026.X, CN 106089583 A, CN 106089583A, CN 201610672026, CN-A-106089583, CN106089583 A, CN106089583A, CN201610672026, CN201610672026.X
【發(fā)明人】田素立, 趙瑞杰, 邢珊珊, 李朝鋒, 王艷領(lǐng), 劉德林, 劉棟
【申請人】許繼集團有限公司, 許昌許繼風(fēng)電科技有限公司, 國家電網(wǎng)公司