[发明专利]一种光伏供电的垂直轴风机无线变桨系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体是一种光伏供电的垂直轴风机无线变桨系统。

背景技术

风能作为清洁能源，是新能源重要的发展方向，风力发电技术也成为发展应用较为成熟的能源技术。作为捕获风能的风机根据风轮轴与地面的相对位置分为水平轴风机和垂直轴(立轴)风机两类，相对于发展较为完善的水平轴风机，垂直轴风机在风能利用中具有无需对风、噪音小、投资少、安装维护方便、使用时间长以及翼型制造容易等优点，越来越受人们的关注。

但是，垂直轴风机也存在一些需要克服的问题，主要有风能利用率普遍较低，自启动性能差，定桨距时风机在下游性能较差，有效做功范围较小。所以如何提高风机的风能利用率，增加风机有效做功范围一直是研究重点。在垂直轴风机运行过程中，经计算优化的叶片最佳桨距角曲线随着叶尖速比的变化而有所变化，因此需要在叶片运行过程中根据实际情况进行变桨控制，以增加风机启动性能，同时在高风速下能够降低风机转速或者进行风机制动保证风机安全。

从垂直轴风机变桨控制发展现状来看，垂直轴风机变桨控制绝大部分都是定桨距或者被动变桨距控制。定桨距垂直轴风机由于不能根据实际运行情况进行实时变桨，使得垂直轴风机启动性能差，旋转一圈叶片切向力有效作用范围较小，从而转速较低、风能利用率较低，转轴必须加装增速齿轮箱带动发电机运行；被动变桨垂直轴风机依靠机械结构以被动形式进行变桨，叶片不能随着风速变化实时有效的跟踪最优桨距角变化，可控性能差；现已实现的少量主动变桨距垂直轴风机控制系统连接复杂，变桨执行装置需要与垂直轴风机底部连接进行供电，控制系统对叶片多为联动控制，对单个叶片控制能力不足，不能针对上风向及下风向两种状态下的叶片分别调整，高风速下仅能进行自锁，叶片不能进行规避有效控制风机转速。申请号201610315785.0公开了一种垂直轴风力发电机闭环控制系统，所述控制系统各部件之间信息通信通过有线连接，导致整个系统只能安装在叶片附近或者轮毂处，否则会导致线缆随着风机旋转扭转，并且没有解决系统跟随旋转供电线缆连接问题，维护安装困难有局限性，同时所述控制系统变桨时使用的执行机构带有曲柄机构，没有对单个叶片进行控制且控制不够精确，可靠性不高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种光伏供电的垂直轴风机无线变桨系统。本变桨系统中的各个部分之间的信息交换使用无线通信模块连接，从而使得变桨系统没有复杂的线路连接部分，解决了垂直轴风机变桨系统内部连接复杂和放置安装不当导致的电缆扭转问题，同时使得中央处理模块可以安装在垂直轴风机底部，降低运维成本，简化变桨系统结构，安装更加简单并提高了整个系统的可靠性。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种光伏供电的垂直轴风机无线变桨系统，其特征在于所述变桨系统包括中央处理模块、变桨执行机构、风速风向仪和转速传感器；变桨执行机构与垂直轴风机中的叶片个数相同；

所述中央处理模块包括微控制器、供电模块和通信模块，安装在风机底座上；所述中央处理模块的供电模块为中央处理模块供电；中央处理模块的通信模块分别与变桨执行机构、风速风向仪和转速传感器连接；所述转速传感器安装于风机主轴旁侧，与中央处理模块通过有线连接；所述变桨执行机构包括光伏供电薄膜、驱动模块和变桨电机；所述驱动模块包括蓄电池、无线通信模块和微控制器；所述光伏供电薄膜安装在叶片表面；所述光伏薄膜与驱动模块中的蓄电池连接，通过光照产生电能给蓄电池充电；所述驱动模块与变桨电机连接；驱动模块的蓄电池作为整个变桨执行机构的电源；所述驱动模块的无线通信模块与中央处理模块的通信模块连接；驱动模块的微控制器用于处理中央处理模块发出的指令和变桨电机的反馈信息并发出控制指令，控制变桨电机执行变桨；所述变桨电机安装在叶片支撑杆与叶片连接的旋转轴处；所述风速风向仪安装在垂直轴风机的顶部空旷位置，其通过内部的无线通信模块与中央处理模块的通信模块连接。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本变桨系统中的各个部分之间的信息交换使用无线通信模块连接，从而使得变桨系统没有复杂的线路连接部分，解决了垂直轴风机变桨系统内部连接复杂和放置安装不当导致的电缆扭转问题，同时使得中央处理模块可以安装在垂直轴风机底部，降低运维成本，简化变桨系统结构，安装更加简单并提高了整个系统的可靠性。