[实用新型]可适应变化力矩的永磁风力发电机稳频控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机的控制系统，特别是涉及一种能够稳定输出电压频率的控制系统。

背景技术

近年来，在节约能源和保护环境的大趋势下，风力发电事业得到了迅速发展。众所周知，风力发电的核心部件，即，风力发电机是由风能带动桨叶旋转，进而带动转子旋转，使线圈切割磁力线产生电流。当绕组线圈匝数和磁场强度都固定时，风力发电机的电压频率与转子的转动速率成正比。因此，只要转速恒定，风力发电机的电压频率就能维持不变。然而，经常发生的情况是，随着风能发生变化，其对桨叶的推动力也将不断发生改变，进而影响了转子的转动速率，致使发电机的电压频率发生变化。因此，如何获得稳定的电压频率是目前需要解决的技术问题。

目前，常用的稳定发电机输出电压频率的方法是将发电机发出的频率变化的交流电首先通过整流器整流成直流电，然后再通过逆变器将直流电变换为恒定频率的交流电。这种方法虽然能够使发电机的电压频率稳定，但是，其设备结构复杂、价格昂贵，在发电机组成本中占有相当比例。

实用新型内容

为克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种可适应变化力矩的永磁风力发电机稳频控制系统，该系统可以根据风力的实际变化控制绕组开关的开启与闭合，从而可以控制定子绕组的接通数量，由此使发电机在将机械能转变为电能的过程中直接得到稳定的电压频率。

本实用新型的目的是通过采用如下的技术方案得以实现的：

一种可适应变化力矩的永磁风力发电机稳频控制系统，该控制系统包括用于检测开关阵列状态、检测发电机电参数和控制定子绕组通断的控制箱，以及用于控制所述控制箱运行的工控机。工控机包括用于监控发电机、控制箱及开关阵列模块的运行状态的控制模块、用于采集开关状态信号并输出开关控制信号的控制信号采集模块和用于采集发电机电信号的电信号采集模块。控制箱包括用于控制绕组接通个数的开关阵列模块、用于检测发电机电参数的发电机电信号检测模块。

在该控制系统内，发电机的待检测电参数经过开关阵列模块输入到所述发电机电信号检测模块，发电机电信号检测模块的信号输出端均与工控机内的电信号采集模块的信号输入端相连，电信号采集模块的输出端与控制模块的信号输入端相连，控制模块内的控制器对输入信号进行处理，并将开关控制信号通过控制信号采集模块传输至开关阵列模块，用于控制开关的开启与闭合。

本实用新型通过将发电机的每一个定子绕组与单独的开关相连，可由控制系统控制发电机实现多级负载的要求。另外，本实用新型的控制系统内采用ADRC，由此可以准确控制每一个开关的开启与闭合，进而控制定子中接通绕组的个数，这样可以控制转子的转速，实现对发电机输出电压频率的调整，并使发电机的输出电压频率维持在一个稳定的数值。同时，由于利用了本实用新型的发电机在将机械能转变为电能的过程中能够直接得到稳定的电压频率，无变频器的设计大大降低了风力发电的装机成本。

附图说明

图1是阵列式稳频永磁风力发电机的整体结构示意图；

图2是图1中所示阵列式稳频永磁风力发电机去掉端盖时的定子和转子的结构示意图；

图3是图1中所示阵列式稳频永磁风力发电机的定子和转子阵列结构示意图；

图4是图3中所示阵列结构的一组定子和转子的结构示意图；

图5是根据本实用新型的一个优选实施例的可适应变化力矩的永磁风力发电机稳频控制系统示意图；

图6是利用开关对定子绕组进行开启或者闭合控制的电路结构示意图；以及

图7是发电机的稳频控制系统的控制流程图。

附图标记：

1电机轴；2定子；3转子；21绕组；31永磁体；4电机壳；

5固定部；6工控机；7控制箱；8风力发电机；9开关；

61控制模块；62电信号采集模块；63控制信号采集模块；

71风力发电机电压频率检测模块；72开关阵列模块；

73开关检测模块。

具体实施方式

下面将根据附图对本实用新型的上述目的、特征和优点以及优选实施方式进行详细说明。

图1示出了阵列式稳频永磁风力发电机的整体结构示意图。图2示出了图1中所示风力发电机去掉端盖时的定子和转子的结构示意图。从以上两图中可见，该阵列式稳频永磁风力发电机包括定子2和分别安装在其两端的两个端盖4，该定子2和两个端盖4围成一个腔体，其上共轴线地设置定子2的电机轴1从该腔体内向外突出。在该电机轴1上还安装有转子3，而且该转子3套接于定子2内。