[发明专利]风力压缩空气储能式垂直轴气浮发电系统

权利要求书

1.一种风力压缩空气储能式垂直轴气浮发电系统，其特征包括风机桨叶、风机旋转体、永磁同步发电机、压缩空气储能装置、悬浮阻尼调控装置、塔架、机械耦合装置、以及变流器部分；所述风机桨叶为四组两层结构布置，包括轴向桨叶和径向桨叶，所述轴向桨叶设置在风机旋转体顶端，所述径向桨叶按照均分原则分布在风机旋转体外侧；所述风机旋转体为流线型机壳结构，顶端为塔架支撑的圆形水平旋转面，外侧设置三组径向桨叶，内侧设置N/S排列的16对永磁体，构成永磁同步发电机转子；所述永磁同步发电机为径向发电机，包括转子和定子两部分，所述定子三相绕组固定在塔架上，转子内嵌在风机旋转体上，随风机旋转体旋转，在定子绕组内产生三相电流，经变流器部分整流、逆变馈电并网；所述塔架为风机旋转体的旋转支撑，塔架上端外侧为圆环型滚珠轴承，内侧设置托盘支撑，内设机械耦合装置，将风机旋转体捕获的转矩传递至压缩空气储能装置，塔架内设置压缩空气储能装置、悬浮阻尼调控装置以及变流器部分；所述机械耦合装置将风机旋转体升速驱动压缩机，包括与风机旋转体刚性联结的齿圈、固定在托盘支撑的行星架以及太阳轮三部分；所述压缩空气储能装置包括三个压缩机、三个电磁离合器、七个双向气动阀，以及高压储气罐，所述压缩机轴向放置在塔架内部，彼此间通过电磁离合器级联，上端压缩机经电磁离合器与机械耦合装置的太阳轮耦合，7个双向气动阀将压缩机的吸/排气口合理联结，改变多级压缩模式，所述高压储气罐存储压缩所致高压气体，上端设置压力传感器和泄气阀，提供高压气体给悬浮阻尼调控装置；所述悬浮阻尼调控装置包括两个轴向放置的盘式气动支撑和四个三通气动阀，控制风机旋转体气浮和摩擦转矩，所述盘式气动支撑固定在塔架上，两盘式气动支撑之间为风机旋转体底座，上下盘式气动支撑对应设置四对凹型膨胀孔，两膨胀孔共用一个三通气动阀，所述三通气动阀输入经气路与高压储气罐相联；所述膨胀孔气压由三通气动阀开度控制，摩擦转矩增大是由上膨胀孔气压增加实现，下膨胀孔排出气压增加，弱化甚至消除摩擦转矩；所述变流器部分包括机侧变流器、网侧变流器、蓄电池、充电变流器以及控制回路变流器，所述机侧变流器为三相可控整流器，调节永磁同步发电机电磁转矩，使风机旋转体运行在最大功率点对应转速上，网侧变流器为三相逆变桥，将永磁同步发电输出功率馈送上网；所述蓄电池为控制回路供电电源，所述充电变流器和控制回路变流器都为BUCK变流器，所述充电变流器将机侧变流器的整流输出电压降压给蓄电池充电，所述控制回路变流器为所述双向气动阀、电磁离合器供电的斩波变流器；所述风力压缩空气储能式垂直轴气浮发电系统包括气浮起动、气浮风能捕获、气浮压缩储能、阻尼功率控制以及停机保护五种工作模式，主控制CPU为DSP28335，根据风速传感器、电流电压传感器、气压传感器、压力传感器以及编码器实测数据，合理控制变流器PWM输出、双向气动阀开度和电磁离合器吸合，合理选择和优化控制五种工作模式。