专利名称：无源控制型最大风能自动跟踪风力发电系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种无源控制型最大风能自动跟踪风力发电系统，属于电机 领域。.
背景技术：
在风力发电系统中，由于风速的变化范围很大，使得风力发电机(特别 是永磁发电机)的输出电压在很大范围内波动。因此，离网型发电机往往不 能直接与负载相连，而是通过整流器给蓄电池充电，将电能储存起来，通过
蓄电池给负载供电；还可以通过一个可控的整流调节器，使发电机同时给负 载和蓄电池供电。这两种系统的基本框图如图3-l和图3-2所示。但是这种系 统由于发电机采用单绕组，发电机的输出功率与风力机的输出功率相比要小 不少，能量损失很多，不能实现风能的最大捕捉。
永磁电机作为发电机具有很多优点，由于省去励磁绕组和容易出现故障 的集电环和电刷，结构较为简单，加工和装配费用减小，运行更为可靠。稀 土永磁发电机具有体积小、质量轻、效率高、电机的形状和尺寸可以灵活多 样等显著优点；同时，由于处于直轴磁路中的永磁体的磁导率很小，直轴电 枢反应电抗较电励磁同步发电机小得多，因而固有电压调整率比电励磁同步 发电机小。因此，离网型风力发鬼机基本上都采用永磁同步发电机。
但是，目前离网型风力发电系统存在的主要问题是不能同时兼顾最大风 能捕获，实现最大功率控制和控制简单、技术难度小、成本低、可靠性高的 优点。目前离网型风力发电系统大多不能实现最大风能捕获，无法实现最大 功率控制；即使能够实现最大功率控制，也存在控制复杂、技术难度大、成 本高、可靠性低等问题。
发明内容
本发明的目的是解决目前离网型风力发电系统存在的主要问题是不能同 时兼顾最大风能捕获，实现最大功率控制和控制简单、技术难度小、成本低、 可靠性高的优点的问题，提供一种无源控制型最大风能自动跟踪风力发电系
统。
本发明包括永磁发电机、n-l个电抗器、n个整流器和直流电源，永磁发 电机具有n套绕组，
第一绕组与第一电抗器的交流绕组的一端相连，第一电抗器的交流绕组
的另一端与第一整流器的输入端相连，第一整流器的正极输出端与第一电抗 器的直流绕组的一端相连，第一电抗器的直流绕组的另一端与直流电源的正 极相连，第一整流器的负极输出端与直流电源的负极相连，
第二绕组与第二电抗器的交流绕组的一端相连，第二电抗器的交流绕组 的另一端与第二整流器的输入端相连，第二整流器的正极输出端与第二电抗
器的直流绕组的一端相连，第二电抗器的直流绕组的另一端与直流电源的正 极相连，第二整流器的负极输出端与直流电源的负极相连，
第n-l绕组与第n-l电抗器的交流绕组的一端相连，第n-l电抗器的交流 绕组的另一端与第n-l整流器的输入端相连，第n-l整流器的正极输出端与第 n-l电抗器的直流绕组的一端相连，第n-l电抗器的直流绕组的另一端与直流 电源的正极相连，第n-l整流器的负极输出端与直流电源的负极相连，
第n绕组与第n整流器的输入端相连，第n整流器的正极输出端与第n 电抗器的直流绕组的一端相连，第n电抗器的直流绕组的另一端与直流电源 的正极相连，第n整流器的负极输出端与直流电源的负极相连，
n为自然数，且n》2。
本发明的优点是本发明在继承普通永磁同步风力发电机的结构简单、 成本低、效率高、过载能力强、可靠性高等优点的基础上，能够实现风力发 电系统的最大风能自动跟踪控制，可大大提高风速变化条件下风能转换为电 能的能力。
图1是本发明的结构示意图，图2是实施方式三的结构示意图，图3-1 和图3-2是背景技术的示意图，图4是电抗器的结构示意图，图5电抗器的阻 抗调节特性示意图，图6发电机系统的输出特性示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式包括永磁发电机l、n-l个电抗器(2 — 1、2—2……2—n-l)、n个整流器(3 — 1、3—2…… 3—n-l和3—n)和直流电源4，永磁发电机1具有n套绕组(l一l、 l一2
l一n-l和l-n)，
第一绕组1 — 1与第一电抗器2—1的交流绕组的一端相连，第一电抗器 2—1的交流绕组的另一端与第一整流器3 — 1的输入端相连，第一整流器3-1 的正极输出端与第一电抗器2 — 1的直流绕组的一端相连，第一电抗器2_1 的直流绕组的另一端与直流电源4的正极相连，第一整流器3 — 1的负极输出 端与直流电源4的负极相连，
第二绕组l一2与第二电抗器2—2的交流绕组的一端相连，第二电抗器 2—2的交流绕组的另一端与第二整流器3—2的输入端相连，第二整流器3-2 的正极输出端与第二电抗器2—2的直流绕组的一端相连，第二电抗器2—2 的直流绕组的另一端与直流电源4的正极相连，第二整流器3—2的负极输出 端与直流电源4的负极相连，
第n-l绕组l一n-l与第n-l电抗器2—n-l的交流绕组的一端相连，第n-l 电抗器2—n-l的交流绕组的另一端与第n-l整流器3—n-l的输入端相连，第 n-l整流器3—n-l的正极输出端与第n-l电抗器2—n-l的直流绕组的一端相 连，第n-l电抗器2—n-l的直流绕组的另一端与直流电源4的正极相连，第 n-l整流器3—n-l的负极输出端与直流电源4的负极相连，
第n绕组l一n与第n整流器3—n的输入端相连，第n整流器3—n的正 极输出端与第n电抗器2—n的直流绕组的一端相连，第n电抗器2—n的直 流绕组的另一端与直流电源4的正极相连，第n整流器3—n的负极输出端与 直流电源4的负极相连，
n为自然数，且n》2。
本实施方式中有n-l个电抗器，第n绕组l一n不经过电抗器直接与第n 整流器3—n串联，n个整流器并联后给共同的直流电源4和负载6供电。
具体实施方式
二下面结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式与 实施方式一的不同之处在于第一电抗器2—1到第n-l电抗器2—n-l的阻抗值 依次递减20% 80%，其它组成及连接方式与实施方式一相同。
n个电抗器(2 — 1、 2—2……2—n)为可调电抗器，如图4所示，电抗器
的铁心为"田"字形，每个电抗器两侧的心柱上绕有直流绕组Ncl、 Nc2、 Nc3 和Nc4， 一侧心柱上绕有的Ncl与Nc2的线圈绕向相反，另一侧心柱上绕有 的Nc3与Nc4的线圈绕向相反，Ncl、 Nc2、 Nc3和Nc4串联之后的两个输出 端分别接与之相应的一个整流器(3 — 1、 3—2……或3—n)的正极输出端和负 载6的正极输入端；中间心柱上绕有交流绕组N1和N2， N1和N2的线圈绕 向相反，相互串联后的两个输出端分别接与之相应的一个整流器(3 — 1、 3 — 2……或3—n)的输入端和发电机1中与之相应的绕组(1一1、 l一2……或l一 n)。
通过调整直流绕组中直流电流的大小，来控制磁路的饱和程度，从而达 到调整可调电抗器交流绕组阻抗大小的目的。由于采用了可调电抗器，电抗 器上的电压降可以随负载6的电流大小以及发电机1的转速大小进行自动调 节，能很好的控制输出给负载6的输出电压值，使输出的直流电压值稳定在 正常范围内。当负载6增大或输出电压增大时，直流电流就会增大，这时流 经串接在整流器正极输出端(也就是整流器的直流母线)上的电抗器的直流 绕组(Ncl、 Nc2、 Nc3和Nc4)的电流也随之增大，这时电抗器的磁导率就 会下降，既而电抗器的交流绕组(Nl和N2)的电抗也就相应的下降，达到 了调节电抗器交流绕组阻抗大小的目的。
普通用法的可调电抗器的直流绕组接直流电源，在本专利中利用整流器 的直流输出作为控制直流绕组的直流电源。
图5为n个电抗器(2 — 1、 2—2……2—n)的阻抗调节特性，n个电抗器 (2—1、 2—2……2—n)的阻抗随着直流控制电流的增大而减小。
具体实施方式
三下面结合图2、图6说明本实施方式，本实施方式与实 施方式一的不同之处在于它还包括第n电抗器2i，
第n绕组1 一n与第n电抗器2—n的交流绕组的一端相连，第n电抗器2 一n的交流绕组的另一端与第n整流器3—n的输入端相连，第n整流器3—n 的正极输出端与第n电抗器2—n的直流绕组的一端相连，第n电抗器2—n 的直流绕组的另一端与直流电源4的正极相连，第n整流器3—n的负极输出 端与直流电源4的负极相连。其它组成及连接方式与实施方式一相同。
如图6所示为发电系统的输出特性，曲线L-out为风力机5最大输出功率
=永磁发电机1输出功率的理想状态，如达到这种状态，那么，风能的利用率
是100%,实际的状况是不可能达到的；曲线l-out和2-out分别为第一绕组1 一l和第二绕组1—2的输出功率曲线，单独任何一个绕组的输出功率曲线都 离理想状态曲线较远，如果两个绕组共同工作，那么，永磁发电机1的输出 功率为第一绕组l一l和第二绕组l一2的输出功率曲线的叠加，这样，永磁 发电机1的输出功率曲线就会与理想状态的曲线接近一些，风能的利用率就 会大一些，同理可得，n套绕组共同工作，当n越大，则永磁发电机l的输出 功率曲线就会越接近理想状态的曲线，越接近，风能的利用率越高。本发明 的结构很简单，只是增加一些简单部件就能实现最大风能捕捉。
具体实施方式
四本实施方式与实施方式三的不同之处在于第一电抗器2 一l到第n电抗器2—n的阻抗值依次递减10% 90%，其它组成及连接方式 与实施方式三相同。
具体实施方式
五本实施方式与实施方式一或实施方式三的不同之处在 于第一绕组l一l到第n绕组l一n的匝数依次递减20% 80%，其它组成及 连接方式与实施方式一或实施方式三相同。
由于第n绕组l一n的匝数比第n-l绕组l一n-l的匝数少，因此第n绕组 l一n的反电势低于第n-l绕组1—n-l的反电势。发电机的转速较低时，第n-l 绕组l一n-l就会有功率输出，随着发电机转速的升高，第n-l绕组l—n-l输 出功率和电流也会增大，但是由于第n-l电抗器2—n-l与第n-l绕组l一n-l 串联，因此，第n-l电抗器2—n-l会抑制第n-l绕组l一n-l的高速时的输出， 不会使风力机失速。第n绕组l一n只有发电机高速时才会有输出，n个电抗 器(2—1、 2—2……2—n)与n个绕组(l一1、 1—2……或l一n)相应的依次 递减，第n电抗器2—n的阻抗值较小，因此第n绕组l一n可以输出大电流。
权利要求
1、无源控制型最大风能自动跟踪风力发电系统，其特征在于它包括永磁发电机(1)、n-1个电抗器(2—1、2—2……2—n-1)、n个整流器(3—1、3—2……3—n-1和3—n)和直流电源(4)，永磁发电机(1)具有n套绕组(1—1、1—2……1—n-1和1—n)，第一绕组(1—1)与第一电抗器(2—1)的交流绕组的一端相连，第一电抗器(2—1)的交流绕组的另一端与第一整流器(3—1)的输入端相连，第一整流器(3—1)的正极输出端与第一电抗器(2—1)的直流绕组的一端相连，第一电抗器(2—1)的直流绕组的另一端与直流电源(4)的正极相连，第一整流器(3—1)的负极输出端与直流电源(4)的负极相连，第二绕组(1—2)与第二电抗器(2—2)的交流绕组的一端相连，第二电抗器(2—2)的交流绕组的另一端与第二整流器(3—2)的输入端相连，第二整流器(3—2)的正极输出端与第二电抗器(2—2)的直流绕组的一端相连，第二电抗器(2—2)的直流绕组的另一端与直流电源(4)的正极相连，第二整流器(3—2)的负极输出端与直流电源(4)的负极相连，第n-1绕组(1—n-1)与第n-1电抗器(2—n-1)的交流绕组的一端相连，第n-1电抗器(2—n-1)的交流绕组的另一端与第n-1整流器(3—n-1)的输入端相连，第n-1整流器(3—n-1)的正极输出端与第n-1电抗器(2—n-1)的直流绕组的一端相连，第n-1电抗器(2—n-1)的直流绕组的另一端与直流电源(4)的正极相连，第n-1整流器(3—n-1)的负极输出端与直流电源(4)的负极相连，第n绕组(1—n)与第n整流器(3—n)的输入端相连，第n整流器(3—n)的正极输出端与第n电抗器(2—n)的直流绕组的一端相连，第n电抗器(2—n)的直流绕组的另一端与直流电源(4)的正极相连，第n整流器(3—n)的负极输出端与直流电源(4)的负极相连，n为自然数，且n≥2。
2、 根据权利要求1所述的无源控制型最大风能自动跟踪风力发电系统， 其特征在于第一电抗器(2—1)到第n-l电抗器(2 — n-l)的阻抗值依次递减 10% 90%。
3、 根据权利要求1所述的无源控制型最大风能自动跟踪风力发电系统， 其特征在于它还包括第n电抗器(21)，第n绕组(l —n)与第n电抗器(2—n)的交流绕组的一端相连，第n电抗器 (2—n)的交流绕组的另一端与第n整流器(3—n)的输入端相连，第n整流器(3 一n)的正极输出端与第n电抗器(2—n)的直流绕组的一端相连，第n电抗器(2 一n)的直流绕组的另一端与直流电源(4)的正极相连，第n整流器(3—n)的负极 输出端与直流电源(4)的负极相连。
4、 根据权利要求3所述的无源控制型最大风能自动跟踪风力发电系统， 其特征在于第一电抗器(2—1)到第n电抗器(2—n)的阻抗值依次递减10% 90%。
5、 根据权利要求1或3所述的无源控制型最大风能自动跟踪风力发电系 统，其特征在于第一绕组(l 一 l)到第n绕组(l 一n)的匝数依次递减20% 80%。
全文摘要
无源控制型最大风能自动跟踪风力发电系统，属于电机领域。目的是为了解决目前离网型风力发电系统存在的主要问题是不能同时兼顾最大风能捕获，实现最大功率控制和控制简单、技术难度小、成本低、可靠性高的优点的问题。本发明包括永磁发电机、n-1个电抗器、n个整流器和直流电源，永磁发电机具有n套绕组，前n-1套绕组分别与n-1个电抗器的交流绕组串联，然后与n-1个整流器分别对应相连，第n套绕组直接与第n整流器相连，n-1个电抗器的直流绕组分别串接在前n-1个整流器的正极输出端，n个整流器并联后接在直流电源的两端，本发明结构简单、成本低、效率高、过载能力强、可靠性高，能够实现风力发电系统的最大风能自动跟踪控制。
文档编号H02K21/48GK101378201SQ20081013728
公开日2009年3月4日 申请日期2008年10月10日 优先权日2008年10月10日
发明者吴红星, 寇宝泉, 李立毅 申请人:哈尔滨工业大学