一种具有减震结构的组合式风力发电系统及控制方法

本发明属于风力发电，尤其涉及一种具有减震结构的组合式风力发电系统及控制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、风能，作为一种可以持续循环利用的清洁能源，具有发电设备建设周期短、环境要求污染小、能源存储丰富与利用率高的优点，而且风力发电是一种排放量低、污染程度小的新兴低碳电力发展模式，具有较好的社会经济效益，因此风能成为发电能力成本较低的新选择，并成为一种较有竞争力的清洁能源发电方式。

3、随着我国加快构建清洁低碳能源体系的目标逐步推进，风电作为清洁能源，国家对风电的综合利用提出了更高的要求。但是由于风力发电需要稳定的风速、特定的地理条件及发电装置整体强度不足，使得发电效率低的同时，对周边环境安全造成了一定的威胁，风力发电技术的全面推广无法实现。因此，寻找节能高效、安全可靠的发电装置对当前新能源清洁能源发电技术发展具有重大意义。

4、现代风力机主要包括水平轴风力机与垂直轴风力机两大类。目前，对于风能的利用大多数集中在水平轴风力发电方面，水平轴风力机的叶轮回转轴在水平方向，但不能自然对风，需要偏航装置调节对风方向，以保证水平轴风力机叶轮的旋转平面与风速方向垂直获得较大的气动旋转力矩，因此其结构较为复杂，安装困难，价格相对较高；相比于水平轴风力机，垂直轴风力机叶轮回转轴在竖直方向，风轮转动与风向无关，因此不需要水平轴风力机的偏航装置，具有结构与制造工艺相对简单、主要机组安装于地面、噪音小、适应风力机巨型化要求的特点，成为未来风能利用方向的又一亮点。

5、目前对于垂直轴风力机的研究主要在改变翼形、创新结构设计方面，通过改善叶片的气动性能来提高整体的发电效率，通过研究相关受压横梁与支撑梁的失稳载荷，确定整个风轮的稳定性，这是目前研究与应用的主流方法，成效显著。但是大部分研究学者只是在特定的风速条件下对某一种结构进行相关研究，未对垂直轴风轮的运行阶段进行明确的划分。对实现对风能的最大利用及整体结构的运行稳定性，尚未提出有效的办法。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种具有减震结构的组合式风力发电系统及控制方法，根据风速的大小划分风力发电装置的运行阶段，提高风能利用率；减震结构的设置，在中心转轴起到保护作用的同时，能够辅助中间转轴结构保持在对中位置，同时增大了中心转轴的固有频率，提高了系统的稳定性。

2、为实现上述目的，本发明的第一个方面提供一种具有减震结构的组合式风力发电系统，包括：风力发电装置本体和控制系统；

3、所述风力发电装置本体包括：底座，设置在底座上的中心扇叶主体，以及沿所述中心扇叶主体圆周设置的多个双层分布式扇叶；

4、所述中心扇叶主体包括中心转轴，设置在中心转轴上的风速传感器，设置在所述中心转轴外侧的减震结构，以及设置在中心转轴上的中间扇叶；所述减震结构包括内圆环质量块和外圆环质量块，以及设置在所述内圆环质量块和所述外圆环质量块之间的移动质量块，所述内圆环质量块和所述外圆环质量块之间设置有多个导柱，在所述内圆环质量块和所述移动质量块之间设置有弹性件；

5、所述控制系统，其被配置为：判断所述风速传感器所检测的风速小于设定值时，控制所述中心转轴向下移动，限制所述中间扇叶的旋转；判断所述风速传感器所检测的风速大于设定值时，控制所述中心转轴向上移动，解除对所述中间扇叶旋转的限制。

6、本发明的第二个方面提供一种具有减震结构的组合式风力发电控制方法，应用于如上述的一种具有减震结构的组合式风力发电系统，包括：

7、判断所述风速传感器所检测的风速是否小于设定值；

8、当所述风速传感器所检测的风速小于设定值时，控制所述中心转轴向下移动，限制所述中间扇叶的旋转；

9、当判断所述风速传感器所检测的风速大于设定值时，控制所述中心转轴向上移动，解除对所述中间扇叶旋转的限制。

10、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

11、在本发明中，基于圆周设置的多个双层分布式扇叶，在降低启动风速的同时，又避免了在起动时可能出现的不起动的对风“死角”，从而使装置的起动性能得到进一步的优化；中间扇叶采用可分离结构，通过控制系统根据风速的大小划分风力发现装置的运行阶段，在风力较大时，双层分布式扇叶的效率一定，不能充分地利用风能，此时解除对中间扇叶旋转的限制，使风能的利用率最大化；减震结构通过设置在中心转轴外侧，在内圆环质量块和外圆环质量块设置弹性件，对中心转轴起到保护作用的同时，能够辅助中心转轴结构保持在对中位置，同时增大了中心转轴的固有频率，提高了系统的稳定性。

12、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种具有减震结构的组合式风力发电系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种具有减震结构的组合式风力发电系统，其特征在于，所述双层分布式扇叶包括多个上层叶片和多个下层叶片，所述上层叶片和所述下层叶片交错、均匀分布设置。

3.如权利要求1所述的一种具有减震结构的组合式风力发电系统，其特征在于，所述导柱贯穿所述移动质量块设置，在所述内圆环质量块与所述移动质量块之间，且在所述导柱的两侧设置有扇形板，所述弹性件的一端连接所述扇形板，所述弹性件的另外一端连接所述移动质量块。

4.如权利要求3所述的一种具有减震结构的组合式风力发电系统，其特征在于，所述中间扇叶的下端为凸台结构，在所述中间扇叶下方设置加固支架，所述加固支架上方为与所述凸台结构配合的凹槽结构。

5.如权利要求1所述的一种具有减震结构的组合式风力发电系统，其特征在于，所述减震结构的外侧设置有螺旋曲面扇叶。

6.如权利要求1所述的一种具有减震结构的组合式风力发电系统，其特征在于，还包括质量盘，所述质量盘插接有立柱，所述立柱的底部与所述底座固定连接，在所述质量盘与所述底座之间设置有多个弹性杆。

7.如权利要求6所述的一种具有减震结构的组合式风力发电系统，其特征在于，在所述立柱的上方设置有加固支架，在所述加固支架上方设置有上底座，所述上底座上方固定连接有立式的所述双层分布式扇叶。

8.如权利要求1所述的一种具有减震结构的组合式风力发电系统，其特征在于，所述中心转轴与所述中间扇叶通过轴承连接。

9.如权利要求1所述的一种具有减震结构的组合式风力发电系统，其特征在于，在所述中间扇叶旋转时，通过加固支架带动所述双层分布式扇叶随所述中间扇叶的旋转而旋转。

10.一种具有减震结构的组合式风力发电控制方法，应用于如权利要求1-9任一项所述的一种具有减震结构的组合式风力发电系统，其特征在于，包括：

技术总结本发明提出了一种具有减震结构的组合式风力发电系统及控制方法，基于圆周设置的多个双层分布式扇叶，在降低启动风速的同时，又避免了在起动时可能出现的不启动的对风“死角”，从而使装置的起动性能得到进一步的优化；中间扇叶采用可分离结构，通过控制系统根据风速的大小划分风力发现装置的运行阶段，在风力较大时，双层分布式扇叶的效率一定，不能充分地利用风能，此时解除对中间扇叶旋转的限制，使风能的利用率最大化；减震结构对中心转轴起到保护作用的同时，能够辅助中间转轴结构保持在对中位置，同时增大了中间的固有频率，提高了系统的稳定性。技术研发人员：孟令涛,杨红雨,吴一令,伏哲铭,苏若飞,马克明,王家耀,陆楷文,夏展翔,包泽阳,王胜海受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18