狹管效應在“控流變壓流場”自適應風電技術中的應用

狹管效應在“控流變壓流場”自適應風電技術中的應用
【專利摘要】本發明提供一種可微風和強風發電的，“狹管效應”與“控流變壓流場”自適應系統的風力發電技術；在風力發電場中風電設備的種種排列，不同形態的風場產生狹管效應自適應的風能，當自然界處于微風工況時，風電設備組合形成狹管形態的風道，控流系統利用風洞效應使風能的壓力和密度得到提高，為風電系統提供了高效風能，實現了微風時大容量電機達到額定輸出值，使風能利用呈遞增式增長，當風能超過額定功率時，調載系統調整自適應電機系統，使其接近額定功率，保持額定功率工況，做到無切出風速，單機年發電達到5000?8000小時，無高壓沖擊電網。本發明是由3?5根柱體的框架結構組成，其上設有輸電線架和自備的輸變電網，增大了裝機容量，減小了總成本。
【專利說明】
狹管效應在"控流變壓流場"自適應風電技術中的應用
技術領域
[0001] 本發明屬于風能發電技術領域，涉及一種利用垂直軸風電系統，在風場中由風電 設備排列組成的狹管效應的設置，和"控流變壓流場"自適應的風能控制利用的風力發電技 術。
【背景技術】
[0002] 隨著能源危機的加劇和人們環保意識的提高，風力發電已經是目前最有前景的新 能源之一，由于十九世紀的風電技術存在風能利用率低、電壓輸出不穩定、制造成本高、維 護難的缺點。現有的風能發電技術，是將風電設備獨立的設置于自然界的氣流中，每個風電 塔占地面積大于平方公里，對環境要求苛刻，對生態造成不良影響。當自然氣流通過風電設 備時，沒有狹管效應的發生，更沒有發生風壓和密度的改變，氣流在移動的過程中大部分風 能被通透掉了，沒發生〃風速上升1級，風能提高8倍〃的理論數值，風資源浪費巨大；同樣在 風能和機械能轉換的過程中，也沒有發生改變，使得風損系數達到0.49,工損率高達到 0.332,切入、切出風能閾值窄，效能比沒有得到提高，所以在微風時無法達到額定發電功 率，在強風工況時，單塔機的抗風強度低，易導致機毀塔斷的損失，所以8級以上強風時要有 停車保機的過程，導致整機年發電平均在2000小時，由于技術的缺陷風能利用呈遞減的方 式，造成自然資源的巨大浪費和生態的破壞。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種風能利用率高、可微風和強風 發電的，二十一世紀的狹管效應風場和"控流變壓流場"自適應的風能值遞增的風電技術。
[0004] 為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：
[0005] 本發明形成的"狹管效應"與"控流變壓流場"自適應的風力發電技術;在風力發電 場中風電設備的種種排列，通過不同形態的風場設置都能產生狹管效應的風能，控流、變壓 自適應系統是調載風荷載控制在額定功率工況，當自然界處于微風工況時，風電設備的迎 風排列、組合形成狹管形態的風道，控流系統利用風洞效應使風能的壓力和密度得到提高， 為風電系統提供了高效風能，實現了微風時大容量電機達到額定輸出值，實現了在等風況 下〃風速上升1級，風能提高8倍〃的理論值，是"狹管效應"和"風洞效應"在控流變壓流場自 適應系統中的應用，使風能利用呈遞增式增長，稱之為〃風能的升谷〃。當風能超過額定功率 時，通過功率傳感、控制、調載系統，調整自適應電機使其臨近額定功率，當自適應系統調整 的電機達不到額定功率值時，由調載器調節入風口的氣流量，使其達到額定功率值，保持額 定功率工況，做到無切出風速，單位面積風電總裝機容量達到30兆瓦以上，單機年發電達到 5000-8000小時，無高壓沖擊電網，稱之〃風能的削峰〃。風能的"升谷削峰"過程，是風能通過 狹管效應和控流自適應變壓流場的利用率和裝機容量得到大幅提高的過程。
[0006] 本發明風電系統的裝配結構，在風力發電場中以抗強風大應力設置的安裝風電設 備的結構體，由3-5根柱體的框架結構和橫鏈接的桁架組成的框架結構體，設置風電機組于 桁架之間，適于從微風到強風時發電，串聯安裝的風力發電設備，其上面設有輸電線架用于 電機輸出線的連接，上行的輸出線接入自備的輸變電網。
[0007] 本發明風電系統的空心軸將無軸電機串聯套在空心軸上，當不同功率的電機隨風 能的變化相應功率的電機加載或減荷載調整做功，以適應不同的風況與相匹配的功率電機 相繼做功，完成自適應過程。
[0008] 本發明風電系統的功率傳感器，是在不同的風況下功率傳感器感應輸出功率的大 小，調整電機的自適應切換和調載器對風能量的調整，使電機轉速保持在額定功率狀態。
[0009] 本發明風電系統的風機是由斗狀形，上、下封閉的外掛形態遠端做功，等距間隔的 封閉段與入風段，使入風段氣流進入風力機斗狀體內；風力機與發電機轉子相連接，氣流通 過控流系統;將風能作用于風力機，驅動垂直軸風機葉片并帶動發電機發電。
[0010]上述說明是本發明方案的概述，為了能夠更清楚的了解本發明的技術手段，并可 依照說明書的內容予以實施，以下是本發明的附圖詳細說明如下。
[0011]下面詳細給出本發明的【具體實施方式】及其附圖。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明風電系統的風電機結構示意圖；
[0013] 圖2是本發明風電系統的狹管效應與控流系統的做功圖；
[0014] 圖3是本發明風電系統的空心軸外觀圖；
[0015] 圖4是本發明風電系統的電機串聯在空心軸上的剖面圖；
[0016] 圖5是本發明風電系統的具有輸電塔架的結構圖；
[0017]圖6是本發明風電系統的風力發電設備的設置與輸電系統布置圖；
[0018] 圖7是本發明風電系統的"控流變壓流場"自適應與狹管效應實施例一的結構俯視 圖；
[0019] 圖8是本發明風電系統的"控流變壓流場"自適應與狹管效應實施例二的結構俯視 圖；
[0020] 圖9是本發明風電系統的"控流變壓流場"自適應與狹管效應實施例三的結構俯視 圖；
[0021] 圖10是本發明風電系統的"控流變壓流場"自適應與狹管效應實施例四的結構俯 視圖。
[0022] 圖11是本發明風電系統的"控流變壓流場"自適應與狹管效應實施例五的結構俯 視圖。
[0023] 圖中：1.風電機系統;2.風電機系統安裝結構圖；3.框架結構立柱;6.輸電架;7.總 成結構;8.連接點；9 .輸、變電線；11.空心軸；12 .控流系統；13 .風力機；14.發電機;31.桁 架；111.引線孔；132.斗形風機葉片；133.風機與電機連接體；134.氣流進入風機口； 141.電 機轉子;142.電機定子;143.電流輸出線；172.狹管效應風道。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖實施例對本發明【具體實施方式】、結構、特征及其功效進行詳細描述：
[0025]本發明中，圖1中的垂直軸風電系統(2)結構體示意圖，風電結構體(2)是由3-5根 框架結構體(3)和相間的桁架(31)組成，風電系統（1)固定于桁架間（31)，多層桁架(31)可 使風電系統（1)呈疊摞狀，從電機輸出的導線（143)，經空心軸（11)上行與輸線塔架(6)相 連，使裝機容量增大，成本降低。
[0027]圖2中，風力驅動設備，風力機（13)和設置在風機外圍的多個風能控、變流系統 (12)或按序排列的呈狹管效應風道（172)的風電設備（2);所述垂直軸風電驅動系統（13) 中，包括電機轉子（141)，連接電機（14)的風力機（13)，風力機由內環板、上環帶、下環帶三 面封閉的連接斗狀風力機的內空間，按等距間隔形成封閉段和斗狀入風段風機（132)，形成 外掛遠端做功的斗狀風力機（132);風力機（13)與發電機轉子（141)相連接（133);控、變流 系統（12)或按序排列的風電設備（2)，將風能導入垂直軸風力機系統（13)驅動斗狀葉片 (132)產生扭矩，帶動發電機發電（14)。
[0028] 圖3中，本發明的風電裝置空心軸（11)，將發電機(14)套于空心軸上（11)形成串聯 狀，每串聯一個電機（14)，在空心軸上（11)配一個向軸內的引線孔（111)，而空心軸的兩端 固定在桁架之間。
[0029] 圖4中，本發明的風電自適應系統，采用空心軸裝配的，為實現電機的自適應系統， 將不同參數的發電機(14)串聯安裝在空心軸上（11)形成串聯狀，每一個串聯的電機（14)下 部都有一個引線孔（111)，將每一部電機的輸出線（143)經引線孔（111)穿入空心軸并上行 至輸線塔架(6)，與輸線系統相連接(8)。
[0030] 圖5中，本發明風電系統的總成結構(7)，在圖中風電結構總成(7)，是由結構體(2) 和上部的輸線架(6)相連接，當風電系統（1)發出的電流上行到輸電系統(8)固定并連接輸、 變電線(9)，形成結構共用的發電、輸電一體化(7)，使裝機容量和風能利用率提高，實現并、 串聯和并入自備輸、變線網。
[0031] 圖6中，本發明風電系統的狹管效應（172)結構圖，在風電結構體中（7)，從電機輸 出的導線（143)，上行與輸電器相連接(8)，風電體之間的輸出電流可根據需要采用并聯或 串連，并入自備輸、變電網（9)，風電結構體(7)的相攜排列，形成狹管氣流（172)，這種共用 自發電、輸電系統，使裝機容量和風能利用率提高，實現自備輸、變線網。
[0032] 圖7中，本發明風電場的總成結構，在圖中風電結構體的（3)設置是由相鄰的風電 系統（2)呈相攜排列（7)，形成相鄰結構共用、共阻氣流，在風場中與風電機組(2)的排列形 成狹管效應(172)，在風道中風速與風壓得到了提高，使裝機容量和發電效率大幅增加。
[0033] 圖8中，本發明風電場的總成結構，在圖中的風電結構體(3)在風場中與風電機組 (2)形成的連續狹管效應設置，并使風場設計能適應從對向氣流通過時做功，狹管形效應的 設計使單位面積內的裝機容量和風能利用得到大幅度提高。
[0034] 圖9中，本發明風電場的總成結構，在圖中的風電結構體(3)與風電系統(2)的異形 狹管效應的設置，使風能在風道中穿行，實現在各個不同方向的風能最大限度的做工，異形 風道的狹管效應設置，使單位面積內的裝機容量和風能利用得到大幅度的提高。
[0035] 圖10中，本發明風電系統的總成結構，在圖中的風電結構體(3)與風電系統（2)的 斜風向一字形狹管效應的設置方案，多組斜向風疊錯一字形狹管效應的排列，可產生側壓 力并沿著改變了風向的氣流作用于風電系統。
[0035]圖11中，本發明風電場的總成結構，在圖中的風電結構體(3)與風電系統（2)的狹 管效應（172)設置，風電系統的設置是按等風量資源配置的，風能在運用中風電設備的功率 不會出現功率損失，實現最大限度的利用風能做工，使單位面積內的裝機容量和風能利用 得到合理的設置。
【主權項】
1. 一種形成狹管效應和"控流變壓流場"自適應的風力發電場和風力發電技術，其特征 在于:在風場中設置若干上、下疊層式垂直軸風電系統(2)，相鄰的風電系統(2)根據不同的 風向和地形地貌相攜而設，排列成各種不同異形形式的狹管形態（172)，形成狹管效應，在 狹管風道中風速和風壓得到了改變（172)，使風能密度提高后進入風電系統（1)，狹管效應 (172)的高壓風能與自適應的功率調節，使控流變壓流場(12)的風能保持在額定功率工況， 控流系統是將風場、風能源通過技術改變達到物為我用的目的，風場的設置，包括形成；多 個斜線7" "r的疊加結構，多個橫線的疊錯結構，多個上曲線的"V"W結構和多個下 曲線的"A"M結構及單體的"X" "※" "N" "L"結構為狹管效應風道（172)。垂直軸風電系統 (2)的安裝由三根以上的框架結構體(3)作為支柱，框架結構體(3)之間水平連接著多層桁 架(31);風電系統（1)設置于多個層疊桁架間（31)與結構固定連接(3)。相鄰的結構體(2)可 共用相鄰的固定框架(3)。在風電塔結構體的頂部還設有支撐輸變電線的塔架(6)，每層風 電系統（1)發出的電力，經輸出線（143)穿入空心軸內（11)，上行鏈接輸變電系統(8)。每層 垂直軸風電系統（1)包括自動控制調載系統和電機自適應自動轉換系統，調載系統的控制 器分別與風電系統（1)的額定功率輸出監控機構、風力驅動調載機構和自適應切換機構連 接，當感應和調載系統發出指令時，自適應與調載系統配合調整氣流。 所述垂直軸風機系統（13)由斗狀形（132)，上、下封閉的外掛形態形成的風機（13)，等 距間隔時封閉段與入風段按比例分割，入風段使氣流（134)進入風力機斗狀體內（132);風 力機(13)與串聯發電機轉子(141)相連接，風力機擾流板(12)或狹管效應排列風道(172)與 入風口對應設置（134);將風能導向風力機，風能作用在垂直軸葉片（132)上驅動風機（131) 轉動并帶動發電機發電（14)。2. 根據權利要求1所述的風力發電場，其特征在于:利用風機組按不同迎風斜線7" "r 組成的疊加結構，使風電系統的組合（1)形成了狹管效應風電場（172)，狹管效應是由在狹 管風道中的風速和風壓得到了改變，使風能密度提高后進入風電系統（1)。3. 根據權利要求1所述的風力發電場，其特征在于：利用風機組按不同迎風橫線""組成的疊錯結構，使風電系統形成的迎風面兩側的狹管效應風電場(172)，而狹管效 應由在狹管風道中的風速和風壓得到了改變，使風能密度提高后進入風電系統（1)。4. 根據權利要求1所述的風力發電場，其特征在于:利用風機組按多個迎風上、下曲線 "V""A"組成的W、M結構風電系統形成的狹管效應風電場(172)，而狹管效應是由在狹管風 道中的風速和風壓得到了改變，使風能密度提高后進入風電系統（1)。5. 根據權利要求1所述的風力發電場，其特征在于:利用單體迎風的"X" "※" "N" "L"等 異型結構風電系統，形成的狹管效應風電場(172)，而狹管效應由在狹管風道中的風速和風 壓得到了改變，使風能密度提高后進入風電系統（1)。6. 根據權利要求1所述的風力發電場，其特征在于:所述的控制氣流的狹管風道系統的 形成（172)，垂直軸風電裝置（1)，包括風力機（13)和設置在風力機（13)外的多個狹管風道 (172)，控流系統（12)，狹管控流系統（172)，按不同地形地貌和風資源的特性，選定利用風 電設備安裝成不同的形態，形成狹管控流效應使氣流經狹管風道做功于風電系統（1)。7. 根據權利要求1所述的風力發電場，其特征在于:風力發電結構體的共用（3)，風電系 統由三根或以上框架結構體（3)作為應力支柱，在結構體（3)之間水平連接著多層桁架 (31)，相鄰的風電系統(2)，共用框架結構體(3)，形成對氣流的阻風系數增大，形成狹管效 應(172)。8. 根據權利要求（1)所述的風力發電場，其特征在于：自適應電機系統（14)，套在空心 軸（11)上的多部電機（14 )，依據氣候變化、風資源變化、及地形地貌和輸出功率的變化，增 加或減少做功的電機（14)以適應風速的變化，使電機的容量置換與風能源相近，實現電機 的自適應工況。9. 根據權利要求1所述的風力發電場，其特征在于:輸出功率調載系統，每個風電系統 (1)，包含功率輸出控制調載系統，自動調節控制系統的控制器，分別鏈接風電系統（1)的額 定功率輸出傳感監控器和氣流調載機構相連接（12)。當輸出功率小于或大于額定功率時， 傳感系統將信號傳入控制系統，自動調載系統指令自適應或調載系統控制做功的電機容量 和氣體流量，保持額定功率狀態做功。10. 根據權利要求1所述的風力發電場，其特征在于:風力機斗狀葉片（132)，風機系統 (13)是由斗狀形，上、下環形板相連封閉的（13)外掛形態的斗狀葉片，等距間隔的封閉與開 放段，使氣流進入風力機斗狀體內（132)，作用于風力機葉片（132)與連接的發電機轉子 (141)共同驅動旋轉發電，實現遠端做功的風力機系統（13)。
【文檔編號】F03D15/20GK106050569SQ201610348235
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】于平
【申請人】于平