專利名稱：風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和提水技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電提 水的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]風(fēng)力提水是風(fēng)能利用的重要方式之一。傳統(tǒng)的風(fēng)力提水裝置采用低速風(fēng)輪將 風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能，再通過機械傳動方式驅(qū)動水泵提水。這類風(fēng)力提水裝置傳動機構(gòu) 復(fù)雜，故障率高，并且受到提水地點的風(fēng)力條件、灌溉時間及水位等限制，提水效率較 低，性能和指標(biāo)很難滿足多樣化生產(chǎn)的需求。[0003]風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)采用升力型高速風(fēng)輪驅(qū)動永磁發(fā)電機，通過電氣傳動，將風(fēng) 力發(fā)電機所發(fā)的變頻變壓交流電能直接供給或通過變頻器供給異步電動機驅(qū)動水泵提 水。風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)變電能儲存為水位能儲存，無需蓄電池組，效率高于傳統(tǒng)機械式 風(fēng)力提水裝置的效率，適用范圍廣，系統(tǒng)維護量少，風(fēng)機與電泵之間的安裝位置自由度 大，在利用風(fēng)能提水方面有著十分廣闊的前景，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)田灌溉、鹽堿地排水、 居民生活用水、牲畜飲水等場合。[0004]風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)的基本原理是定揚程條件下電泵變速運行。電泵變速運行 時，異步電動機的效率變化不大，但是水泵的效率變化較大，為使水泵工作在高效率區(qū) 域并保證水泵的零部件強度條件，須將水泵的工作轉(zhuǎn)速控制在一定的范圍內(nèi)。根據(jù)離心泵 理論，對于一定的提水揚程，如果要求水泵在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)正常變流量提水，水泵在 低轉(zhuǎn)速時的揚程就必須高于提水揚程，因此風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)中電泵的額定揚程一般大 大高于實際提水揚程。[0005]風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)中電泵的額定功率與風(fēng)力發(fā)電機組的額定功率相同，但問題 在于，當(dāng)風(fēng)速較低時，風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率相對較小，直接驅(qū)動按此標(biāo)準(zhǔn)選擇的電 泵比較困難，因此，使用單臺電泵時風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)低風(fēng)速時提水效率較差。[0006]中國實用新型20082015^11.3公開了一種5KW風(fēng)力發(fā)電與提水兩用系統(tǒng)裝置， 風(fēng)力發(fā)電機與電泵通過直接電磁耦合驅(qū)動電泵提水，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，效率高，可靠性 強。但該技術(shù)方案中的風(fēng)力發(fā)電機需要經(jīng)過一定的特殊設(shè)計，為滿足與風(fēng)力發(fā)電機的直 接匹配，在電泵的選型上也要受到一定限制。同時，因為風(fēng)力發(fā)電機與電泵直接耦合， 無法主動控制風(fēng)力發(fā)電機組的運行狀態(tài)，難以實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組的最大功率跟蹤。[0007]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種應(yīng)用廣、效率高的風(fēng)力發(fā)電提水系 統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容[0008]本有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng) 用廣、效率高的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)。[0009]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，至少包括風(fēng)力發(fā)電機組、控制器、變頻器、水位開關(guān)組合；所述風(fēng)力發(fā)電機組的三相輸出端分別接所述 控制器、所述變頻器的三相輸入端；所述變頻器的三相輸出端接所述控制器的電泵供電 輸入端，所述變頻器的直流端接所述控制器的直流輸入端，所述變頻器的控制端接所述 控制器的控制輸出端；所述水位開關(guān)組合接所述控制器的水位開關(guān)輸入端；還包括電泵 組合，所述電泵組合包括一個以上的電泵，所述電泵組合的輸入端接所述控制器的電泵 供電輸出端。[0010]在具體實施中，所述控制器包括整流橋、功率電阻、功率管、測控電路和接 觸器組合；其中所述風(fēng)力發(fā)電機組的三相輸出端接所述整流橋的三相輸入端，所述整 流橋的正極輸出端接所述功率電阻的第一端，所述功率電阻的第二端接所述功率管的集 電極，所述功率管的射電極接所述整流橋的負(fù)極輸出端，所述接觸器組合的三相輸入端 接所述變頻器的三相輸出端，所述接觸器組合的三相輸出端接所述電泵組合的輸入端， 所述測控電路的驅(qū)動信號輸出端接所述接觸器組合的供電線圈，所述測控電路的功率控 制輸出端接所述功率管的控制極，所述測控電路的水位開關(guān)輸入端接所述水位開關(guān)組 合，所述測控電路的控制信號端接所述變頻器的控制端，所述測控電路的直流輸入端接 所述變頻器的直流端，所述接觸器組合包括兩個接觸器。[0011]在具體實施中，所述控制器還包括遠程監(jiān)控模塊，所述遠程監(jiān)控模塊接所述測 控電路的通訊端。所述遠程監(jiān)控模塊為GPRS無線通訊模塊。[0012]在具體實施中，所述整流橋為三相二極管整流橋。所述測控電路的控制信號包 括變頻器正/反轉(zhuǎn)控制信號、變頻器頻率設(shè)定信號0 IOV模擬量。[0013]在具體實施中，所述水位開關(guān)組合包括水源水位開關(guān)和蓄水水位開關(guān)。[0014]在具體實施中，所述電泵組合為兩臺額定功率不同的異步電動機驅(qū)動離心式水泵。[0015]在具體實施中，所述電泵組合的出水口設(shè)置有止回閥。[0016]在具體實施中，所述風(fēng)力發(fā)電機組為永磁直驅(qū)三相交流發(fā)電機組。[0017]本實用新型采用兩臺不同額定功率的電泵組合，利用功率曲線方式控制變頻器 實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組的最大功率跟蹤，通過變頻器分級驅(qū)動兩臺不同額定功率的電泵變轉(zhuǎn) 速提水。當(dāng)風(fēng)速較低時，僅驅(qū)動小功率的電泵提水；當(dāng)風(fēng)速達到一定值時，驅(qū)動兩臺 電泵同時提水，對改善現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)在低風(fēng)速時的性能和效率有很好的有益效^ ο[0018]以下將結(jié)合附圖對本實用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說 明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。


[0019]圖1是本實用新型的原理框圖。
具體實施方式
[0020]
以下結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施方式
。[0021]如圖1所示，本實用新型的結(jié)構(gòu)原理包括風(fēng)力發(fā)電機組1、控制器2、變頻器3、 水位開關(guān)組合4、電泵組合5。4[0022]具體地，如圖2所示一具體實施例，風(fēng)力發(fā)電機組1為永磁直驅(qū)三相交流發(fā)電機 組，額定輸出電壓為380V。風(fēng)力發(fā)電機組1的三相輸出端分別接控制器2、變頻器3的 三相輸入端。[0023]變頻器3為市售的通用型變頻器。變頻器3的三相輸出端接控制器2的電泵供 電輸入端，變頻器3的直流端接控制器2的直流輸入端，變頻器3的控制端接控制器2的 控制輸出端。變頻器3運行時具有加速過程，可實現(xiàn)電泵組合5的軟啟動。[0024]水位開關(guān)組合4為磁性液位開關(guān)，包括水源水位開關(guān)41和蓄水水位開關(guān)42，接 控制器的水位開關(guān)輸入端。[0025]本實用新型還包括電泵組合5，電泵組合5包括兩臺額定功率不同的第一電泵 51、第二電泵52，均為異步電動機驅(qū)動離心式水泵。電泵組合5的輸入端接控制器2的 電泵供電輸出端。電泵組合5的額定揚程大大高于實際提水揚程，第一電泵51的額定功 率小于第二電泵52的額定功率。[0026]具體地，控制器2包括整流橋21、功率電阻22、功率管23、測控電路對、接 觸器組合25。其中風(fēng)力發(fā)電機組1的三相輸出端接整流橋21的三相輸入端，整流橋 21的正極輸出端接功率電阻22的第一端，功率電阻22的第二端接功率管23的集電極， 功率管23的射電極接整流橋21的負(fù)極輸出端，接觸器組合25的三相輸入端接變頻器3 的三相輸出端，接觸器組合25的三相輸出端接電泵組合5的輸入端，測控電路M的驅(qū)動 信號輸出端接接觸器組合25的供電線圈，測控電路M的功率控制輸出端接功率管23的 控制極，測控電路對的水位開關(guān)輸入端分別接水源水位開關(guān)41與蓄水水位開關(guān)42，測控 電路M的控制信號端接變頻器3的控制端，測控電路M的直流輸入端接變頻器3的直流 端。[0027]整流橋21為三相二極管整流橋，該整流橋?qū)L(fēng)力發(fā)電機組1產(chǎn)生的三相交流電 轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠妷褐绷麟娔?，通過測控電路M控制功率管23的通斷來控制功率電阻22消耗 功率以控制風(fēng)力發(fā)電機組1的轉(zhuǎn)矩。[0028]功率管23為絕緣柵雙極型晶體管。[0029]測控電路M控制信號包括變頻器正/反轉(zhuǎn)控制信號、變頻器頻率設(shè)定信號0 IOV模擬量。[0030]控制器2還包括遠程監(jiān)控模塊沈，遠程監(jiān)控模塊沈為市售的GPRS無線通訊模 塊，遠程監(jiān)控模塊沈接測控電路M的通訊端。[0031]因風(fēng)速的不確定性，特別是風(fēng)速較小時，水泵組合5經(jīng)常出現(xiàn)斷續(xù)工作而使所 提水量回流，因此本實用新型在電泵組合5出水口安裝止回閥6，可防止水泵停轉(zhuǎn)時水管 內(nèi)的水回流，水泵斷續(xù)工作時累積的水量可逐步提出。[0032]以下說明本實用新型的應(yīng)用和有益效果。[0033]在工作狀態(tài)中，控制器2分別檢測水源水位開關(guān)41與蓄水水位開關(guān)42的狀態(tài)。 當(dāng)水源水位低于水源水位開關(guān)41設(shè)定值或蓄水水位高于蓄水水位開關(guān)42設(shè)定值時，控制 器2不允許電泵組合5工作，實現(xiàn)電泵的干轉(zhuǎn)保護與蓄水容器的過溢保護。[0034]控制器2還檢測風(fēng)力發(fā)電機組1輸出頻率計算風(fēng)機轉(zhuǎn)速。根據(jù)風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制變 頻器3的運行、停止和輸出頻率。通過變頻器3驅(qū)動電泵組合5控制風(fēng)力發(fā)電機組1的 負(fù)載轉(zhuǎn)矩，低風(fēng)速時驅(qū)動第一電泵51提水，風(fēng)速達到一定值時驅(qū)動第一電泵51和第二電泵52同時提水，主動控制風(fēng)力發(fā)電機組1轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力發(fā)電機組1工作于高效區(qū)域，適 應(yīng)風(fēng)速范圍廣。[0035]風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中存在最大功率概念，即在一定風(fēng)速下，風(fēng)力發(fā)電機組在特定轉(zhuǎn) 速下可輸出最大功率，而要實現(xiàn)最大功率跟蹤就必須主動控制風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速。[0036]正常提水時，風(fēng)電提水系統(tǒng)以電泵作為風(fēng)力發(fā)電機組的負(fù)載，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機 組轉(zhuǎn)速參考最大功率曲線來控制變頻器的輸出頻率使電泵變速運行，通過這種方式動態(tài) 調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力發(fā)電機組能夠始終獲得較高效率。[0037]最大功率跟蹤技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的應(yīng)用已非常普遍，但在風(fēng)力提水應(yīng)用中 尚未見。[0038]風(fēng)電提水系統(tǒng)適用范圍廣，可根據(jù)井深、井徑和需水量的不同，選擇不同的常 規(guī)電泵，彌補了傳統(tǒng)風(fēng)力提水機的不足。[0039]本實用新型采用兩級電泵提水，低風(fēng)速時僅驅(qū)動小功率電泵提水，風(fēng)速達到一 定值時驅(qū)動兩個電泵同時提水，適應(yīng)風(fēng)速范圍廣。[0040]本實用新型采用現(xiàn)代流線型槳葉和最大功率跟蹤技術(shù)，能量轉(zhuǎn)換效率高，雖然 增加了能量轉(zhuǎn)換過程，但整體效率仍達到或超過了傳統(tǒng)風(fēng)力提水機組的效率。[0041]本實用新型采用的變頻器和電泵均為通用定型產(chǎn)品，適應(yīng)性廣，可靠性高，維 護方便。[0042]本實用新型的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)采用自動控制技術(shù)，配置遠程監(jiān)控模塊，具備 遠程監(jiān)控功能，可實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)的集中智能管理，完全改變了傳統(tǒng)風(fēng)力提水裝 置單一的人工控制方式，適合規(guī)模化應(yīng)用。[0043]以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本實用新型的構(gòu)思作出諸多修改和變化。本發(fā)明的保護范圍 并不僅限于上述說明，而是由所附的權(quán)利要求給出的所有技術(shù)特征及其等同技術(shù)特征來 定義。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本實用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏 輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本實用新型的權(quán)利要求保護 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，至少包括風(fēng)力發(fā)電機組、控制器、變頻器、水位開關(guān)組 合；其特征在于所述風(fēng)力發(fā)電機組的三相輸出端分別接所述控制器、所述變頻器的三 相輸入端；所述變頻器的三相輸出端接所述控制器的電泵供電輸入端，所述變頻器的直 流端接所述控制器的直流輸入端，所述變頻器的控制端接所述控制器的控制輸出端；所 述水位開關(guān)組合接所述控制器的水位開關(guān)輸入端；還包括電泵組合，所述電泵組合包括 一個以上的電泵，所述電泵組合的輸入端接所述控制器的電泵供電輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，其特征在于所述控制器包括整流 橋、功率電阻、功率管、測控電路和接觸器組合；其中所述風(fēng)力發(fā)電機組的三相輸出 端接所述整流橋的三相輸入端，所述整流橋的正極輸出端接所述功率電阻的第一端，所 述功率電阻的第二端接所述功率管的集電極，所述功率管的射電極接所述整流橋的負(fù)極 輸出端，所述接觸器組合的三相輸入端接所述變頻器的三相輸出端，所述接觸器組合的 三相輸出端接所述電泵組合的輸入端，所述測控電路的驅(qū)動信號輸出端接所述接觸器組 合的供電線圈，所述測控電路的功率控制輸出端接所述功率管的控制極，所述測控電路 的水位開關(guān)輸入端接所述水位開關(guān)組合，所述測控電路的控制信號端接所述變頻器的控 制端，所述測控電路的直流輸入端接所述變頻器的直流端，所述接觸器組合包括一個以 上的接觸器，并分別與所述電泵對應(yīng)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，其特征在于所述控制器還包括遠程監(jiān) 控模塊，所述遠程監(jiān)控模塊接所述測控電路的通訊端。
4.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，其特征在于所述遠程監(jiān)控模塊為GPRS 無線通訊模塊。
5.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，其特征在于所述整流橋為三相二極管 整流橋。
6.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，其特征在于所述測控電路的控制信號 包括變頻器正/反轉(zhuǎn)控制信號、變頻器頻率設(shè)定信號0 IOV模擬量。
7.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，其特征在于所述水位開關(guān)組合包括水 源水位開關(guān)和蓄水水位開關(guān)。
8.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，其特征在于所述電泵組合為兩臺額定 功率不同的異步電動機驅(qū)動離心式水泵。
9.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，其特征在于所述電泵組合的出水口設(shè) 置有止回閥。
10.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)力發(fā)電機組為永磁 直驅(qū)三相交流發(fā)電機組。
專利摘要本實用新型公開了一種風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)，至少包括風(fēng)力發(fā)電機組、控制器、變頻器、水位開關(guān)組合；風(fēng)力發(fā)電機組的三相輸出端分別接控制器、變頻器的三相輸入端；變頻器的三相輸出端接控制器的電泵供電輸入端，變頻器的直流端接控制器的直流輸入端，變頻器的控制端接控制器的控制輸出端；水位開關(guān)組合接控制器的水位開關(guān)輸入端；還包括電泵組合，電泵組合包括一個以上的電泵，電泵組合的輸入端接所述控制器的電泵供電輸出端。本實用新型采用兩臺不同額定功率的電泵組合，改善了現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電提水系統(tǒng)在低風(fēng)速時的性能和效率。
文檔編號F04D13/06GK201810487SQ20102053594
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者俞衛(wèi), 張中偉, 董斌 申請人:上海致遠綠色能源有限公司