一种谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置

1.本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置。


背景技术：

2.能源是人类生存的必需要素，是社会经济发展的基础。随着人类社会的不断发展和进步，能源在社会、经济等各个领域的作用和地位越来越突出。未来社会的发展，采用清洁无污染的可再生能源代替常规能源已经是大势所趋。目前，全球能够开发利用的风能储量丰富，我国风能也具有储存量大、分布范围广的特点，风力发电技术作为一种无污染、可不断再生且灵活的发电方式，近些年来受到国内外的高度关注。但风能能量密度较低，风向和风力大小的具有不确定性，导致不同风速下，发电机效率优化困难，如何提高风力发电效率一直是风力发电技术研究的重点。
3.在现有的提高发电机效率的技术中，存在以下问题：如公开号cn107061165a的中国专利，利用谐振槽储存风力发电机获取的风能，通过能量开关控制电容的方式，在风力变化的过程中，储存和转移输出能量，从而提高风力发电效率，但这种通过能量开关控制电容的方式，并不能在风力变化过程中实时调节任意的谐振频率，同时并未得到谐振网络谐振元件参数与风力发电机效率的具体关系，发电效率的提升并不明显。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，以解决风力发电机应用谐振技术时，谐振参数的准确测定问题。
5.为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
6.一种谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，包括可调谐振网络和微控制器，所述可调谐振网络的输入端与风力发电机输出端相连，所述可调谐振网络的输出端与负载相连接；
7.所述微控制器通过用于获取可调谐振网络参数的测量模块和所述可调谐振网络相连接，所述微控制器通过用于调节可调谐振网络参数的调节模块和所述可调谐振网络相连接；
8.所述微控制器上还和用于获取风力发电机转速的风速传感器相连接。
9.进一步地，所述可调谐振网络包括并联连接的可调电容模块和可调电感模块。
10.进一步地，所述测量模块包括电容测量模块和电感测量模块；所述调节模块包括电容调节模块和电感调节模块。
11.进一步地，所述风力发电机为垂直轴风力发电机。
12.进一步地，所述负载为用电器或电网逆变器。
13.进一步地，所述微控制器为stc8a8k32s4a12单片机。
14.进一步地，所述风速传感器为三杯式风速传感器。
15.进一步地，还包括和所述微控制器信号连接的放电模块，所述放电模块和可调谐振网络中的可调电容模块连接。
16.进一步地，还包括和微控制器信号连接的切换开关1和切换开关2，所述切换开关1连接在风力发电机和可调谐振网络之间，所述切换开关2连接在可调谐振网络和负载之间。
17.进一步地，所述微控制器上还连接有显示模块。
18.根据上述技术方案，本实用新型具有以下效果：本技术微控制器通过风速传感器获取风力发电机的转速，并通过对最佳发电效率时的谐振参数的准确测量，根据不同风速控制调节模块调节可调谐振网络的参数，使系统工作在谐振状态，实现能量的智能高效管理分配，从而使发电系统尽可能的吸收风能，减少已吸收能量的损失，为应用谐振技术，提高发电效率奠定基础。
附图说明
19.图1为本实用新型测量装置的模块连接示意图；
20.图2为本实用新型测量装置的控制流程图；
21.图3为本实用新型中电感测量模块的原理图；
22.图4为本实用新型中电容测量模块的充电原理图；
23.图5为本实用新型中电容测量模块的放电原理图。
具体实施方式
24.为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
25.一种谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，包括可调谐振网络和微控制器，可调谐振网络的输入端与风力发电机输出端相连，可调谐振网络的输出端与负载相连接；微控制器通过用于获取可调谐振网络参数的测量模块和可调谐振网络相连接，微控制器通过用于调节可调谐振网络参数的调节模块和可调谐振网络相连接；微控制器上还和用于获取风力发电机转速的风速传感器相连接。
26.本技术微控制器通过风速传感器获取风力发电机的转速，并通过测量模块获取可调谐振网络的参数，通过对最佳发电效率时的谐振参数的准确测量，根据不同风速控制调节模块调节可调谐振网络的参数，使系统工作在谐振状态，实现能量的智能高效管理分配，从而使发电系统尽可能的吸收风能，减少已吸收能量的损失，提高风力发电的效率。从而为应用谐振技术，提高发电效率奠定基础。
27.下面对本技术进一步说明，一种谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，包括风力发电机，可调谐振网络，负载，风速传感器，微控制器，电容测量模块，放电模块，电感测量模块，电容调节模块，电感调节模块，切换开关1、切换开关2；所述风速传感器与所述微控制器相连，所述可调谐振网络的输入端通过所述切换开关1与所述风力发电机输出端相连，输出端通过所述切换开关2与所述负载相连，所述放电模块以及所述电容调节模块均为输入端与所述微控制器相连，输出端与所述可调谐振网络中相连，所述电感调节模块输入端与所述微控制器相连，输出端与所述可调谐振网络相连，所述电容测量模块、所述电感测量模块与所述可调谐振网络、所述微控制器相连接。
28.在一些进一步地实施例中，所述可调谐振网络由可调电容模块和可调电感模块并联组成，所述模块参数连续可调。微控制器可以通过电容调节模块以及电感调节模块调节谐振元件参数。
29.在一些进一步地实施例中，所述负载为用电器或电网逆变器。
30.在一些进一步地实施例中，所述风速传感器选用普通三杯式风速传感器，使用stc单片机及其最小系统构建主控电路，风速传感器通过串口与微控制器通信，将实时采集到的风速值通过串口传输至微控制器。
31.在一些进一步地实施例中，所述微控制器是stc8a8k32s4a12单片机。所述微控制器通过风速传感器实时获取瞬时风速值。当风速稳定时，根据当前风速，计算得出当前发电机输出频率，由电容测量模块和电感测量模块测量可调谐振网络中谐振元件的参数并实时显示，微控制器根据频率得出谐振网络的元件参数，控制电容调节模块和电感调节模块调节参数至计算值；在风速降低的过程中，微控制器控制可调谐振网络切入风力发电机输出电路中。
32.在一些进一步地实施例中，所述电容测量模块和电感测量模块由微控制器控制，可实时测量谐振元件的参数，并利用数码管进行数据显示；同时，可以通过io口与微控制器进行通信，实现元件参数的测量。
33.在一些进一步地实施例中，所述放电模块由微控制器控制，与可调谐振网络中的可调电容模块连接，释放可调电容的电荷，确保电容测量模块测量准确。
34.在本技术中，切换开关与微控制器连接，微控制器通过切换开关控制谐振网络的切入和切出。电容调节模块与电感调节模块由微控制器控制，调节可调电容模块的电容值与可调电感模块的电感值。
35.本技术能够实现谐振补偿式风力发电机谐振网络元件参数的精准测量与调节，使发电机在不同风速下，始终工作于谐振状态。同时，通过对比加入谐振补偿网络前后，发电机输出性能的变化，以及不同参数谐振元件的谐振补偿网络对发电机输出效率的影响，得出谐振元件参数与风力发电机效率的具体关系，为研究谐振元件参数对风力发电机效率的影响以及谐振网络改进提高风力发电机效率奠定了基础，结构简单，安全可靠，效率提高明显。
36.下面结合附图对本技术进一步说明。
37.图1为一种谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置结构示意图。风力发电机为一小型垂直轴风力发电机，包括发电机塔架、发电机基座、叶片、叶片支撑臂、发电机，有微控制器的电路板。
38.切换开关1、切换开关2、电容调节模块、电感调节模块、放电模块、电容测量模块、电感测量模块安装在在发电机基座内，风速传感器与微控制器相连，可调谐振网络的输入端通过切换开关1与风力发电机输出端相连，输出端通过切换开关2与负载相连，放电模块以及电容调节模块均为输入端与微控制器相连，输出端与可调谐振网络中相连，电感调节模块输入端与微控制器相连，输出端与可调谐振网络相连，电容测量模块与电感测量模块与可调谐振网络和微控制器相连接。电容调节模块和电感调节模块采用现有技术中的调节模块或调节形式实现，本技术不在进一步说明。
39.图2为一种谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置的控制方法：包括如下步骤：
40.步骤一：启动风力发电机，进入下一步。
41.步骤二：微控制器读取风速传感器测量的风速值，发送至微控制器，微控制器根据当前风速值，计算得出当前发电机输出频率，微控制器根据频率得出可调谐振网络的元件参数，进入下一步。
42.步骤三：微控制器控制可调电容接入放电电路，释放可调电容的电荷，微控制器分别通过电容测量模块和电感测量模块实时测量显示元件参数，然后通过电容调节模块和电感调节模块调整可调电容模块的电容值与可调电感模块的电感值，直至参数到达计算值，进入下一步。
43.步骤四：当检测到风速降低时，通过切换开关将谐振网络接入风力发电机输出端；当检测到风速降低时，可调谐振网络切出，返回步骤二。
44.图3为进行元件参数测量的电感测量模块原理图，电感测量采用lc谐振法。首先，进行校零，将测量端短接。此时，短接测量端lc谐振电路产生正弦波，产生的正弦波通过去耦合电路除去噪声，将得到的电压值输入至lm311电压比较器，通过lm311与基准电压进行比较，输出方波脉冲，将电路产生的方波脉冲发送至单片机io口，计数器对输出脉冲进行计数，并通过脉冲数得到校准时的短路频率。然后，已知校零时的短路频率f1，接入待测电感l1，同样通过lm311产生方波脉冲，通过对脉冲计数转换得到此时的谐振频率f2，并通过对f2范围判断是否超出测量范围，根据电路中已知电容、电感，利用公式计算得出电感值l2，电感测量完毕。
45.图4和图5为进行元件参数测量的电容测量模块原理图，电容测量采用充放电法，由充电电路与放电电路两部分组成。首先，通过充电电路对带测电容进行充电，此时开关s1导通，5v电压源对待测电容进行充电。同时，通过lm393电压比较器，将电容两端的电压与2.5v固定电压进行对比，通过输出高低电平判断充电状态。
46.当充电时间达到设定值后，通过放电电路对待测电容进行放电操作，如图4所示，当cx放电至1v以下时，p12输出为低电平，表明放电结束，此时，将低电平信号发送至单片机，单片机通过对不同io口接收高低电平的判断，得到待测电容cx的放电时间，通过公式(4-2)，得到待测电容值。
47.当电容充满电后，将电源vu短路，电容c会通过r放电，则任意时刻t，电容上的电压为：
[0048][0049][0050]
本技术由参数可控的可调电容模块与可调电感模块组成可调谐振网络，利用电容测量模块和电感测量模块实时测量谐振元件参数，根据不同风速由电容调节模块和电感调节模块调节元件参数，使系统工作在谐振状态，实现能量的智能高效管理分配，从而使发电系统尽可能的吸收风能，减少已吸收能量的损失，提高风力发电的效率。
[0051]
通过对比加入谐振补偿网络前后，对发电机输出性能的影响，以及不同参数谐振元件的谐振补偿网络对发电机输出效率的影响，得出谐振元件参数与风力发电机效率的具体关系，为利用谐振网络改进提高风力发电机效率奠定基础。
[0052]
由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实
施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

技术特征：
1.一种谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，其特征在于，包括可调谐振网络和微控制器，所述可调谐振网络的输入端与风力发电机输出端相连，所述可调谐振网络的输出端与负载相连接；所述微控制器通过用于获取可调谐振网络参数的测量模块和所述可调谐振网络相连接，所述微控制器通过用于调节可调谐振网络参数的调节模块和所述可调谐振网络相连接；所述微控制器上还和用于获取风力发电机转速的风速传感器相连接；所述可调谐振网络包括并联连接的可调电容模块和可调电感模块；所述测量模块包括电容测量模块和电感测量模块；所述调节模块包括电容调节模块和电感调节模块。2.根据权利要求1所述的谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，其特征在于，所述风力发电机为垂直轴风力发电机。3.根据权利要求1所述的谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，其特征在于，所述负载为用电器或电网逆变器。4.根据权利要求1所述的谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，其特征在于，所述微控制器为stc8a8k32s4a12单片机。5.根据权利要求1所述的谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，其特征在于，所述风速传感器为三杯式风速传感器。6.根据权利要求1所述的谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，其特征在于，还包括和所述微控制器信号连接的放电模块，所述放电模块和可调谐振网络中的可调电容模块连接。7.根据权利要求1所述的谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，其特征在于，还包括和微控制器信号连接的切换开关1和切换开关2，所述切换开关1连接在风力发电机和可调谐振网络之间，所述切换开关2连接在可调谐振网络和负载之间。8.根据权利要求1所述的谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，其特征在于，所述微控制器上还连接有显示模块。

技术总结
本实用新型公开了一种谐振补偿式风力发电机谐振参数测量装置，包括可调谐振网络和微控制器，可调谐振网络的输入端与风力发电机输出端相连，可调谐振网络的输出端与负载相连接；微控制器通过用于获取可调谐振网络参数的测量模块和可调谐振网络相连接，微控制器通过用于调节可调谐振网络参数的调节模块和可调谐振网络相连接；微控制器上还和用于获取风力发电机转速的风速传感器相连接。本装置可实现发电机在不同风速下，始终工作于谐振状态，通过对最佳发电效率时的谐振参数的准确测量，从而为应用谐振技术，提高发电效率奠定基础。提高发电效率奠定基础。提高发电效率奠定基础。


技术研发人员：吕富勇 吴泽宇 耿超 陈锦河 王明明 唐拥拥 杨宁恺 柳加旺
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：2022.10.14
技术公布日：2023/5/16