一种用于城市环境的微风发电装置及其控制方法

本发明属于风力发电领域，尤其涉及一种用于城市环境的微风发电装置及其控制方法。

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、风电作为一种清洁、可再生的能源，发展风电行业不仅可以优化能源结构，同时还可以提高能源的可持续性和安全性；城市风能资源丰富，但是风速较低，风能环境受交通影响波动幅度大且频率高。

3、传统风力发电装置不仅难以在如此低风速情况下启动并高效转化电能，即使启动并运行也会收到风能环境的影响，输出波动明显的低质量电能，直接向用电设备供电的话，会破坏设备，向电网输出又会引起电网波动，难以实现风能的有效利用；同时，轻量化程度较低，难以实现多种城市环境的高效启动便捷及安装；此外，现有风力发电机一般需要有外部能源接入，才能正常工作向外输出电压；这不仅提升了发电装置在城市化应用场景下的安装难度，更会对城市环境造成负面影响。

4、因此，现有技术难以实现城市微风风能的有效利用，输出稳定的高质量电压；传统发电装置安装条件限制多，对环境影响大，实际使用安全性低，进一步限制了风电的发展和利用。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于城市环境的微风发电装置及其控制方法，可在城市各个应用场景下安装，实现对城市低质量风能向高质量电能的高效率转化，同时向负载端输出稳定电压。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种用于城市环境的微风发电装置。

4、一种用于城市环境的微风发电装置，包括风力叶轮、混合励磁发电机和储能装置：

5、均匀同向设置在传动轴周围的一组风力叶轮，用于捕捉风能；通过传动轴与风力叶轮连接的混合励磁发电机，用于将风能转换成电能，储能装置通过整流器与混合励磁发电机相连，用于储存、输出电能；

6、微风发电装置运行过程中，依据预先设定的额定风速和储能装置的剩余电能，控制所述微风发电装置执行不同的动作：向外输出电能和储能装置储存电能；

7、其中，风速变化时，由储能装置提供电能给混合励磁发电机，调整混合励磁发电机的电励磁，保持输出电压的稳定性。

8、进一步的，所述风力叶轮为垂直轴风力叶轮，材料采用天然速生植物亚麻的韧皮纤维。

9、进一步的，所述混合励磁发电机为直驱型混合励磁风力发电机，采用混合励磁技术，发电机磁场由永磁体与励磁电流共同产生，通过控制电励磁方式，实现发电机整流后输出的电压稳定在恒定值。

10、进一步的，还包括：将混合励磁发电机和储能装置置于物理保护罩内。

11、本发明第二方面提供了一种用于城市环境的微风发电装置的控制方法。

12、一种用于城市环境的微风发电装置的控制方法，包括：

13、微风发电装置运行过程中，依据预先设定的额定风速和储能装置的剩余电能，控制所述微风发电装置执行不同的动作：向外输出电能和储能装置储存电能；

14、其中，风速变化时，由储能装置提供电能给混合励磁发电机，调整混合励磁发电机的电励磁，保持输出电压的稳定性。

15、进一步的，所述控制所述微风发电装置执行不同的动作，分为启动阶段和正常工作风速变化阶段。

16、进一步的，所述启动阶段，根据不同风速进行如下控制：

17、低于额定风速时，优先控制所述储能装置储存电能，直到满足向外输出电能的要求后，储能装置停止储存电能并向外输出电能，同时发电装置向外输出电能。

18、额定风速时，储能装置储存电能，同时不向外输出电能，发电装置向外输出电能。

19、高于额定风速时，储能装置储存电能并向外输出电能，发电装置向外输出电能。

20、进一步的，所述向外输出电能的要求，具体为：

21、根据不同应用场景，用户设定储能装置的剩余电能阈值，储能装置的剩余电能不低于剩余电能阈值时，则储能装置达到向外输出电能的要求。

22、进一步的，所述正常工作风速变化阶段，是根据风速波动实时调整控制策略，具体为：

23、低于额定风速时，储能装置停止储存电能并向外输出电能，同时发电装置向外输出电能；

24、额定风速时，储能装置储存电能，发电装置向外输出电能，同时储能装置不向外输出电能；

25、高于额定风速时，储能装置储存电能，发电装置向外输出电能，同时储能装置向外输出电能。

26、进一步的，所述调整混合励磁发电机的电励磁，具体为：

27、额定风速时，电机磁场完全由永磁体产生；

28、风速变化时，电机磁场由永磁体与电励磁共同产生，按照风速波动情况调整电机磁场；

29、当风速降低时，储能装置输出增益电流用于发电机电励磁，产生与发电机磁场相同的磁场，增强电机整体磁场；

30、当风速升高时，储能装置输出减益电流用于发电机电励磁，产生与发电机磁场相反的磁场，降低电机整体磁场。

31、本发明第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的一种用于城市环境的微风发电装置中的步骤。

32、本发明第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的一种用于城市环境的微风发电装置中的步骤。

33、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

34、本发明在低风速环境、风速波动较大环境下通过对混合励磁发电机、储能装置进行实时控制，维持整流器整流后输出电压稳定在固定值，实现对城市低质量风能向高质量电能的高效率转化，同时向负载端输出稳定的高质量电能，避免引起电网波动。

35、基于混合励磁发电机和储能装置，本发明设计的发电装置内部电能所需均由自身产生，无需外部能源接入，减少安装时对外部环境的要求及影响，环保性高。

36、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：

1.一种用于城市环境的微风发电装置，其特征在于，包括风力叶轮、混合励磁发电机和储能装置：

2.如权利要求1所述的一种用于城市环境的微风发电装置，其特征在于，所述风力叶轮为垂直轴风力叶轮，材料采用天然速生植物亚麻的韧皮纤维。

3.如权利要求1所述的一种用于城市环境的微风发电装置，其特征在于，所述混合励磁发电机为直驱型混合励磁风力发电机，采用混合励磁技术，发电机磁场由永磁体与励磁电流共同产生，通过控制电励磁方式，实现发电机整流后输出的电压稳定在恒定值。

4.如权利要求1所述的一种用于城市环境的微风发电装置，其特征在于，还包括：将混合励磁发电机和储能装置置于物理保护罩内。

5.一种用于城市环境的微风发电装置的控制方法，其特征在于，微风发电装置运行过程中，依据预先设定的额定风速和储能装置的剩余电能，控制所述微风发电装置执行不同的动作：向外输出电能和储能装置储存电能；

6.如权利要求5所述的用于城市环境的微风发电装置的控制方法，其特征在于，所述控制所述微风发电装置执行不同的动作，分为启动阶段和正常工作风速变化阶段。

7.如权利要求6所述的用于城市环境的微风发电装置的控制方法，其特征在于，所述启动阶段，优先控制所述储能装置储存电能，直到向外输出电能的要求后，储能装置停止储存电能，发电装置再向外输出电能。

8.如权利要求7所述的用于城市环境的微风发电装置的控制方法，其特征在于，所述向外输出电能的要求，具体为：

9.如权利要求6所述的用于城市环境的微风发电装置的控制方法，其特征在于，所述正常工作风速变化阶段是根据风速波动实时调整控制策略，具体为：

10.如权利要求4所述的用于城市环境的微风发电装置的控制方法，其特征在于，所述调整混合励磁发电机的电励磁，具体为：

技术总结本发明提出了一种用于城市环境的微风发电装置及其控制方法，涉及风力发电领域，包括风力叶轮、混合励磁发电机和储能装置：均匀同向设置在传动轴周围的一组风力叶轮，用于捕捉风能；通过传动轴与风力叶轮连接的混合励磁发电机，用于将风能转换成电能，储能装置通过整流器与混合励磁发电机相连，用于储存、输出电能；微风发电装置运行过程中，依据预先设定的额定风速和储能装置的剩余电能，控制所述微风发电装置执行不同的动作：向外输出电能和储能装置储存电能；本发明可在城市各个应用场景下安装，实现对城市低质量风能向高质量电能的高效率转化，同时向负载端输出稳定电压。技术研发人员：赵文良,杨笑天,刘聪,王宁受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26