[發(fā)明專利]兆瓦級直驅(qū)式變速變槳恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610171331.7
• 申請日: 2006-12-19
• 公開（公告）號: CN101207360A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛鋒;寧巧珍;尉艷梅;唐鑫;李巖
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆金風(fēng)科技股份有限公司
• 主分類號: H02P9/04
• 分類號: H02P9/04;F03D9/00;F03D7/00;H02J3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)，適合在兆瓦級變速恒頻風(fēng)力發(fā)電站使用。

技術(shù)背景

變速變槳型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于具有比失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)能轉(zhuǎn)換率高、機(jī)組功率與重量比小、運(yùn)行噪音小、電能質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)今風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主流技術(shù)。目前世界上采用變速變槳技術(shù)的大多是雙饋式變速恒頻機(jī)組。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用的是直驅(qū)式變速恒頻技術(shù)，主要特點(diǎn)是采用了風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)直接耦合的傳動方式，發(fā)電機(jī)采用多級異步發(fā)電機(jī)，通過全功率的變頻裝置并網(wǎng)。

本發(fā)明提供的兆瓦級直接驅(qū)動變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與兆瓦級雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，由于其結(jié)構(gòu)中不含齒輪箱這一部件，因此，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、發(fā)電效率高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于采用了永磁多級同步發(fā)電機(jī)，此種發(fā)電機(jī)尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、發(fā)電效率高、變速范圍寬、無礪磁損耗，有效地提高了整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明兆瓦級直驅(qū)式變速變槳恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由圖1所示的各部件組成，它們是葉片(1)、輪轂(2)、變槳系統(tǒng)(3)、永磁多級同步發(fā)電機(jī)(4)、底座(5)、機(jī)艙(6)、偏航系統(tǒng)(7)、液壓系統(tǒng)(8)、潤滑系統(tǒng)(9)、測風(fēng)系統(tǒng)(10)、塔架及變速恒頻控制系統(tǒng)，上述部件共同構(gòu)成了兆瓦級直驅(qū)式變速變槳恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要部件。由葉輪直接驅(qū)動永磁多級同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，永磁多級同步發(fā)電機(jī)定子并入電網(wǎng)，通過逆變系統(tǒng)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電送入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能-機(jī)械能-電能的轉(zhuǎn)換。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制采用微處理器，及時準(zhǔn)確的獲取環(huán)境外部所有信息，控制系統(tǒng)根據(jù)這些信息，調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一直在優(yōu)化、安全的環(huán)境里運(yùn)行。

其連接方式為：前面三只葉片固定在輪轂上，變槳系統(tǒng)也固定在輪轂上。在輪轂后方，發(fā)電機(jī)定子固定在底座上，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與輪轂連接。底座內(nèi)部安裝有液壓、潤滑系統(tǒng)，底座側(cè)面及底座下部安裝有偏航系統(tǒng)。測風(fēng)系統(tǒng)安裝在機(jī)艙罩上部，除葉片外，其他零部件都安裝在機(jī)艙內(nèi)，機(jī)艙由塔架支撐。

下面對各部件詳細(xì)介紹：

葉片：兆瓦級直驅(qū)式變速變槳恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用變速變槳型葉片，葉片材料為玻璃纖維增強(qiáng)樹脂，葉片安裝有雷電感應(yīng)器，雷電流經(jīng)發(fā)電間隙削減并通過塔架導(dǎo)入基礎(chǔ)，不會對機(jī)組造成損害。葉輪包括葉片、鑄造輪轂和葉片的變槳系統(tǒng)。

變槳系統(tǒng)：如圖2所示，兆瓦級直驅(qū)式變速變槳恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)由以下重要零部件組成：變槳軸承(1)、輪轂(2)、變槳控制柜(3)、變槳盤(4)、變槳驅(qū)動支架(5)、變槳電機(jī)(6)、變槳驅(qū)動齒輪(7)、變槳減速器(8)、齒形帶(9)等。整個變槳系統(tǒng)由變槳電機(jī)驅(qū)動，變槳電機(jī)通過鍵和變槳減速器聯(lián)結(jié)，變槳盤與變槳軸承外圈聯(lián)結(jié)，變槳減速器的驅(qū)動輪將驅(qū)動力通過齒形帶及與齒形帶相連的變槳盤最終傳遞給葉片。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，變槳系統(tǒng)通過調(diào)整葉片角將風(fēng)機(jī)的輸出功率限制在額定功率，從而防止發(fā)電機(jī)和逆變系統(tǒng)過載。同時，變槳系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行控制系統(tǒng)記錄的風(fēng)機(jī)輸出功率情況和葉片的槳距角重新調(diào)整槳距角，結(jié)合變速控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)額定功率的恒定輸出。這3個獨(dú)立的變槳機(jī)構(gòu)也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的剎車系統(tǒng)，調(diào)整槳距角后，機(jī)組的轉(zhuǎn)速下降直到設(shè)備停機(jī)。

永磁多級同步發(fā)電機(jī)：兆瓦級直驅(qū)式變速變槳恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)為永磁多級同步發(fā)電機(jī)，永磁勵磁方式結(jié)構(gòu)簡單，由發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、動定軸和其他附件組成。發(fā)電機(jī)定子由定子支架、鐵芯和繞組以及其他附件組成，定子采用分?jǐn)?shù)槽，能更好的消除發(fā)電機(jī)的諧波影響，有效降低運(yùn)行振動及噪聲。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子支架和永磁磁極組成，直接與葉輪聯(lián)結(jié)并由葉輪驅(qū)動，永磁材料安裝在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的磁軛上，由其建立磁場，將葉輪轉(zhuǎn)動的機(jī)械動能轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)風(fēng)冷卻系統(tǒng)采用強(qiáng)迫風(fēng)冷式，冷空氣通過風(fēng)道直接吹到疊片上，采用這種自調(diào)節(jié)系統(tǒng)而不使用冷卻風(fēng)扇或泵，即使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)失效冷卻系統(tǒng)依然可以發(fā)揮作用

底座：底座對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上各零部件起到固定和支撐的作用，機(jī)組的重要部件都安裝在底座上，底座采用整體鑄造而成，具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能，能夠承受循環(huán)交變載荷的作用。

機(jī)艙總成：機(jī)艙采用玻璃鋼材料，具有良好的防腐性能、降噪及保溫性能，并且對雷擊具有一定的屏蔽作用。偏航系統(tǒng)、潤滑，液壓系統(tǒng)等都安裝在機(jī)艙內(nèi)，機(jī)艙內(nèi)有寬敞的空間，方便運(yùn)行維護(hù)人員操作。同時，還設(shè)計(jì)了電動提升裝置，方便工具及備件的提升