一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的制作方法

本申請(qǐng)涉及風(fēng)力發(fā)電，具體為一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著能源的消耗，越來(lái)越多的清潔能源得到了開(kāi)發(fā)，風(fēng)能就是其中一種常用的清潔能源，通過(guò)在多風(fēng)區(qū)域布設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，提高能源利用率，減少碳排放。

2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)按照規(guī)模分為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有成本低、運(yùn)輸及安裝簡(jiǎn)單、可離網(wǎng)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，常用于農(nóng)村、家庭等小型化場(chǎng)景中，而大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有規(guī)模大、并網(wǎng)運(yùn)行、可低速發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)，常用于海岸線等大型化場(chǎng)景中，在布局風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，通常需要根據(jù)地理位置、發(fā)電需求等合理選擇風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型，隨著碳排放要求的提高，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大，近年來(lái)逐漸應(yīng)用于工廠、城市中，緩解峰時(shí)用電壓力，降低用電開(kāi)銷。

3、然而，在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用過(guò)程中，仍然會(huì)存在一些問(wèn)題，例如小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的規(guī)模原因，葉片不能設(shè)計(jì)太大，導(dǎo)致小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率有限，同時(shí)在風(fēng)速持續(xù)增大到超過(guò)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)閾值時(shí)，葉片會(huì)受到較大的風(fēng)壓力，容易產(chǎn)生損害，雖然可以通過(guò)鎖止葉片的方式實(shí)現(xiàn)停止運(yùn)行，但是這樣會(huì)導(dǎo)致發(fā)電暫停，降低風(fēng)能的利用，并且當(dāng)風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)，葉片處于靜止?fàn)顟B(tài)，仍然會(huì)受到風(fēng)力作用，在強(qiáng)風(fēng)下可能會(huì)導(dǎo)致葉片受到較大的應(yīng)力導(dǎo)致彎曲受損，如何平衡風(fēng)速對(duì)葉片的影響與提高發(fā)電效率成為目前小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)亟需解決的問(wèn)題。

4、所以有必要提供一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)題。

5、需要說(shuō)明的是，本背景技術(shù)部分中公開(kāi)的以上信息僅用于理解本申請(qǐng)構(gòu)思的背景技術(shù)，并且因此，它可以包含不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本申請(qǐng)所要解決的問(wèn)題是：提供一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)，達(dá)到通過(guò)優(yōu)化執(zhí)行信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速波動(dòng)的高效適應(yīng)，從而在保障發(fā)電效率的同時(shí)，降低葉片受損的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2、本申請(qǐng)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，所述小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括發(fā)電單元、控制單元和數(shù)據(jù)交互單元，所述發(fā)電單元用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，所述控制單元用于實(shí)現(xiàn)控制功能，所述數(shù)據(jù)交互單元用于進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部以及外部的數(shù)據(jù)交互；

3、所述小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)包括風(fēng)速監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、執(zhí)行模塊，所述風(fēng)速監(jiān)測(cè)模塊用于對(duì)實(shí)時(shí)風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊用于用于負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，所述數(shù)據(jù)分析模塊用于根據(jù)接收到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，所述執(zhí)行模塊用于對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制單元進(jìn)行控制。

4、在本申請(qǐng)的技術(shù)方案實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)風(fēng)速，然后對(duì)風(fēng)速進(jìn)行分析，通過(guò)執(zhí)行模塊對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制單元進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)在不同風(fēng)速下均能保持高效穩(wěn)定的發(fā)電效率，降低風(fēng)速對(duì)葉片的損害風(fēng)險(xiǎn)。

5、進(jìn)一步的，所述小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行方法，該運(yùn)行方法包括：

6、數(shù)據(jù)分析模塊接收來(lái)自風(fēng)速監(jiān)測(cè)模塊所采集的第一風(fēng)速數(shù)據(jù)以及小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并結(jié)合小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)第一風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行初次分析，確定第一風(fēng)速區(qū)間和第二風(fēng)速區(qū)間；

7、對(duì)接收到的第一風(fēng)速數(shù)據(jù)再次分析，判斷當(dāng)前風(fēng)速落入的風(fēng)速區(qū)間范圍，并生成執(zhí)行信號(hào)序列，該執(zhí)行信號(hào)序列包括保持信號(hào)和調(diào)整信號(hào)；

8、建立滯后反饋機(jī)制，將風(fēng)速監(jiān)測(cè)模塊與執(zhí)行模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)匹配；

9、在執(zhí)行設(shè)備執(zhí)行對(duì)應(yīng)的執(zhí)行信號(hào)前，對(duì)執(zhí)行信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證，減少響應(yīng)偏差。

10、進(jìn)一步的，確定第一風(fēng)速區(qū)間和第二風(fēng)速區(qū)間的方法包括：

11、建立風(fēng)速與葉片轉(zhuǎn)速的線性轉(zhuǎn)換模型，并獲取小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速功率曲線；

12、根據(jù)線性轉(zhuǎn)換模型將葉片轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為風(fēng)速，并根據(jù)轉(zhuǎn)速功率曲線得到風(fēng)速功率曲線；

13、根據(jù)風(fēng)速功率曲線，獲取第一風(fēng)速區(qū)間和第二風(fēng)速區(qū)間，其中第一風(fēng)速區(qū)間的左端點(diǎn)為葉片的切入速度對(duì)應(yīng)的風(fēng)速，右端點(diǎn)為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到最大值時(shí)的風(fēng)速，第二風(fēng)速區(qū)間的左端點(diǎn)是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率開(kāi)始下降時(shí)的風(fēng)速，右端點(diǎn)是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠安全運(yùn)行的最大風(fēng)速。

14、進(jìn)一步的，建立風(fēng)速與葉片轉(zhuǎn)速的線性模型包括：建立一個(gè)線性模型，并分別獲取同一時(shí)刻下的風(fēng)速與轉(zhuǎn)速，建立相應(yīng)的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系，輸出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速或風(fēng)速。

15、進(jìn)一步的，所述線性模型為線性回歸模型。

16、進(jìn)一步的，所述保持信號(hào)和調(diào)整信號(hào)均為模擬信號(hào)，執(zhí)行信號(hào)序列中的執(zhí)行信號(hào)具有存儲(chǔ)周期，該存儲(chǔ)周期與風(fēng)速變化單位一致。

17、進(jìn)一步的，建立滯后反饋機(jī)制，并將風(fēng)速監(jiān)測(cè)模塊與執(zhí)行模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)匹配進(jìn)一步包括：

18、動(dòng)態(tài)收集并分析風(fēng)速監(jiān)測(cè)模塊與執(zhí)行模塊之間的時(shí)間差，并調(diào)整執(zhí)行信號(hào)序列的存儲(chǔ)周期；

19、對(duì)執(zhí)行信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化，引入預(yù)測(cè)模型，以風(fēng)速變化趨勢(shì)為依據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)可能的風(fēng)速變化，提前調(diào)整執(zhí)行信號(hào)；

20、通過(guò)反饋機(jī)制對(duì)預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，以實(shí)際風(fēng)速數(shù)據(jù)反饋優(yōu)化模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

21、進(jìn)一步的，所述預(yù)測(cè)模型為自回歸移動(dòng)平均模型或長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)。

22、進(jìn)一步的，在預(yù)測(cè)模型中接入當(dāng)?shù)貧庀笮畔?，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)測(cè)算法。

23、進(jìn)一步的，對(duì)預(yù)測(cè)模型的輸出進(jìn)行校驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)誤差分析及反饋調(diào)節(jié)，結(jié)合實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)與歷史風(fēng)速信息，對(duì)執(zhí)行信號(hào)精準(zhǔn)度進(jìn)行優(yōu)化。

24、本申請(qǐng)的有益效果是：本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)風(fēng)速，然后對(duì)風(fēng)速進(jìn)行分析，通過(guò)執(zhí)行模塊對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制單元進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)在不同風(fēng)速下均能保持高效穩(wěn)定的發(fā)電效率，降低風(fēng)速對(duì)葉片的損害風(fēng)險(xiǎn)。

25、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本申請(qǐng)還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

技術(shù)特征：

1.一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括發(fā)電單元、控制單元和數(shù)據(jù)交互單元，所述發(fā)電單元用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，所述控制單元用于實(shí)現(xiàn)控制功能，所述數(shù)據(jù)交互單元用于進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部以及外部的數(shù)據(jù)交互；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行方法，該運(yùn)行方法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：確定第一風(fēng)速區(qū)間和第二風(fēng)速區(qū)間的方法包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：建立風(fēng)速與葉片轉(zhuǎn)速的線性模型包括：建立一個(gè)線性模型，并分別獲取同一時(shí)刻下的風(fēng)速與轉(zhuǎn)速，建立相應(yīng)的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系，輸出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速或風(fēng)速。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述線性模型為線性回歸模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述保持信號(hào)和調(diào)整信號(hào)均為模擬信號(hào)，執(zhí)行信號(hào)序列中的執(zhí)行信號(hào)具有存儲(chǔ)周期，該存儲(chǔ)周期與風(fēng)速變化單位一致。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：建立滯后反饋機(jī)制，并將風(fēng)速監(jiān)測(cè)模塊與執(zhí)行模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)匹配進(jìn)一步包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述預(yù)測(cè)模型為自回歸移動(dòng)平均模型或長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：在預(yù)測(cè)模型中接入當(dāng)?shù)貧庀笮畔?，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)測(cè)算法。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：對(duì)預(yù)測(cè)模型的輸出進(jìn)行校驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)誤差分析及反饋調(diào)節(jié)，結(jié)合實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)與歷史風(fēng)速信息，對(duì)執(zhí)行信號(hào)精準(zhǔn)度進(jìn)行優(yōu)化。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括發(fā)電單元、控制單元和數(shù)據(jù)交互單元；小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)包括風(fēng)速監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、執(zhí)行模塊，風(fēng)速監(jiān)測(cè)模塊用于對(duì)實(shí)時(shí)風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)傳輸模塊用于用于負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)分析模塊用于根據(jù)接收到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，執(zhí)行模塊用于對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制單元進(jìn)行控制。在本申請(qǐng)的技術(shù)方案實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)風(fēng)速，然后對(duì)風(fēng)速進(jìn)行分析，通過(guò)執(zhí)行模塊對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制單元進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)在不同風(fēng)速下均能保持高效穩(wěn)定的發(fā)電效率，降低風(fēng)速對(duì)葉片的損害風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：何金權(quán),何瑞康,王保軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧波今禾新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19