[发明专利]一种复合协同的发电装置、控制方法及控制系统

权利要求书

1.一种复合协同的发电装置控制方法，其特征在于，还包括一种复合协同的发电装置，所述发电装置包括光伏装置，垂直轴风力机以及与地面固连的塔筒，所述塔筒内设有与其转动连接的主轴，侧边设有驱动电机，所述主轴上设有第一转动齿轮，所述驱动电机的输出端设有与第一转动齿轮相啮合的第一传动齿轮，所述主轴的顶端固接有用于设置垂直轴风力机的主机座，所述主机座的顶面固设有支撑立柱，所述支撑立柱与主轴均位于主机座的中心轴线上，所述垂直轴风力机设有两组，对称安装在支撑立柱的两侧，包括升力型叶片，叶片支架，转动轴以及永磁发电机，所述升力型叶片通过叶片支架与转动轴固定安装，所述永磁发电机固设在主机座的底面，所述永磁发电机的输出端设有第二传动齿轮，所述第二传动齿轮上啮合有第二转动齿轮，所述转动轴的底端穿过主机座的表面与第二转动齿轮相连，所述光伏装置包括光伏阵列以及用于安装光伏阵列的光伏底座，所述光伏阵列的非对光侧倾斜设有安装护板，所述光伏阵列与光伏底座之间设有导流板，所述光伏底座的底面与支撑立柱的顶面相连，所述主轴的底部通过轴承与塔筒的内部相配合，所述转动轴的端部通过轴承室分别与光伏底座和主机座相连；

所述复合协同的发电装置控制方法应用于所述复合协同的发电装置，包括以下步骤：

S1：根据日出、日落的时间对发电装置的方向进行控制；

S2：通过“时间步长/度”法优化跟踪控制；

在日出-日落的过程中，光伏阵列跟踪旋转0°~120°，自日出开始，每旋转1个单位角度间隔数分钟步长，先按不同时间步长寻优后，再按固定步长跟踪，这个过程是通过优化时间步长、调节主机座旋转跟踪速度与太阳照射角度变化同步；

具体包括：发电装置按日出-日落时序进行自东向西旋转方向控制，光伏发电模式下随太阳旋转120度，使光伏阵列平面垂直太阳光照入射角、以光伏阵列MPPT为目标进行“时间步长/度”法优化跟踪控制；

所述“时间步长/度”法具体包括：设定主机座每次旋转的单位角度以及旋转动作的时间间隔，自旋转机座起始位置开始，第一个时间步长后，旋转主机座并同时测量光伏阵列发电功率变化，当光伏发电功率逐渐增加到开始微降的时刻立刻停止转动，旋转角度在设定的单位角度范围内，按此次实际旋转角度的大小，再计算一次时间步长，时间步长限制在设定的时间间隔之内，光伏阵列各时段均可按上述规则进行优化调控，当风速满足垂直轴风力机工作条件时，控制两组垂直轴风力机与光伏阵列可实现同时发电，二者发电量最大者运行姿态优先，二者最优姿态接近时以光伏发电姿态为主运行；

S3：测量永磁发电机的空载电压，计算风速；

永磁发电机的空载电压，由主控制器对其并网接触器进行检测，计算并网风速，平均风速达到3m/s时，同步控制两接触器并网，并网后，主控制器测量接触器电流的频率，根据得到永磁发电机转速n， 其中，为永磁发电机电流频率；为永磁发电机极对数；n为永磁发电机转速；根据第二传动齿轮与第二转动齿轮的齿数比，得到垂直轴风力机的转速,与此同时测量升压变换器输出功率，依据计算出此刻风速，其中：P为永磁发电机输出功率；为空气密度；S为垂直轴风力机扫风面积；为垂直轴风力机风能利用系数；V为风速；为风电机组效率；

S4：若风速超过额定风速，减少风能捕获，极端风况下，借助电磁刹车器减速，直至刹车停机；若未超过额定风速，在两组垂直轴风力机对风状态下，保持其按最佳叶尖速比范围工作。

2.根据权利要求1所述的一种复合协同的发电装置控制方法，其特征在于，所述垂直轴风力机之间的轴心距大于等于1.1倍的垂直轴风力机直径。

3.根据权利要求1所述的一种复合协同的发电装置控制方法，其特征在于，所述第一转动齿轮和第二转动齿轮上均设有电磁刹车器，所述第一转动齿轮的下方设有旋转刹车限位器。

4.根据权利要求1所述的一种复合协同的发电装置控制方法，其特征在于，所述塔筒的中下部固设有电控系统柜。

5.根据权利要求1所述的一种复合协同的发电装置控制方法，其特征在于，所述S4中最佳尖速比在2.5~3.0之间。