[發明專利]風力發電裝置

有效

• 申請號: 201110171837.9
• 申請日: 2011-06-24
• 公開（公告）號: CN102324801A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 趙峰;溫旭輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02K7/10
• 分類號: H02K7/10;H02K7/116;H02K7/18;F03D9/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及風力發電設備，特別涉及風力發電系統中實現變風速輸入恒頻率輸出的設備。

背景技術

隨著全社會對能源和環境問題的關注，可再生能源的開發和利用正呈現出加速發展的趨勢，風能是世界上廣泛存在并為人們所掌握的技術最為成熟的可再生能源之一。目前主流的風力發電系統為雙饋電機和直驅系統，雙饋發電系統的定子直接與電網相連，通過調節轉子繞組中的滑差功率實現調速，因此轉子繞組需要一套大功率的逆變器供電，同時轉子上的滑環和電刷可靠性與壽命不高，需要定期維護；直驅系統取消了風力機到發電機的升速齒輪，但是直驅發電機工作轉速低，發電機需要采用較大的定轉子直徑和較多的極對數，給發電機的設計和制造增加了難度。同時由于風能具有隨機性，忽大忽小，當風速小于額定風速時，風輪可以最大限度地吸收風能，而當風速高于某一限值時，為了保持發電機輸出頻率恒定，采用調節風葉槳距使風輪失速，致使風能不能被充分利用。為了解決上述問題，專利200710019236.X、200720033191.7、200810100747.9、200820116054.4提出了電氣無級變速的風力發電機組，通過雙機械端口電機將速度變化的風能轉化為電能和恒頻率輸出的機械能。但是這種電機結構復雜、加工制造困難，同時也存在電刷和滑環的維護問題。因此高效、可靠、控制簡單的變速恒頻率風力發電裝置是該領域技術人員長期的追求，專利200910089259.7雖然實現了變速恒頻，但是當風能很大或者很小的時候，調速電機的容量比較大，造成系統體積、成本難以下降。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺點，提供一種將變速輸入的能量轉化為恒速輸出的風力發電裝置。

本發明的風力發電裝置包括有源無級調速裝置、風力機和發電機。

本發明的有源無級調速裝置至少包括：第一行星齒輪、第二行星齒輪、第一調速電機、第二調速電機、第一功率變換器、第二功率變換器、一個鎖止器和一個離合器，其中行星齒輪包括行星架、外齒圈和太陽輪，調速電機包括定子和轉子兩部分，功率變換器將電網的電能變換為變壓變頻的交流電給調速電機供電。第一行星齒輪的行星架通過有源無級調速裝置一軸和第二行星齒輪的行星架剛性連接，第一調速電機的轉子與第一行星齒輪的太陽輪剛性連接，第二調速電機的轉子與第二行星齒輪的太陽輪剛性連接，第一行星齒輪的外齒圈與機殼之間有鎖止器，鎖止器閉合可以使外齒圈固定不轉，第一行星齒輪的外齒圈與第二行星齒輪的太陽輪之間有離合器，離合器閉合可以使第一行星齒輪的外齒圈與第二行星齒輪的太陽輪同步旋轉，第二行星齒輪的外齒圈作為有源無級調速裝置的二軸。通過控制調速電機來調節第一行星齒輪的太陽輪和第二行星齒輪的太陽輪轉速，達到有源無級調速裝置一軸轉速變化時，有源無級調速裝置的二軸保持在設定的轉速運行，實現無級變速功能。

同時，當有源無級調速裝置一軸的轉速小于設定轉速時，鎖止器閉合，離合器打開，有源無級調速裝置工作在模式一；當有源無級調速裝置一軸的轉速大于設定轉速時，鎖止器打開，離合器閉合，有源無級調速裝置工作在模式二；當有源無級調速裝置一軸的轉速等于設定轉速時，進行鎖止器和離合器開關變化，即模式一和模式二的切換；這樣可以保證有源無級調速裝置的二軸總是工作在固定的轉速，同時保證調速電機容量較小。

模式一到模式二的切換發生在第二調速電機的轉子轉速為零時，即當有源無級調速裝置一軸的轉速小于設定轉速時，鎖止器閉合，離合器打開，有源無級調速裝置工作在模式一，第二調速電機的轉速為負值；隨著有源無級調速裝置一軸的轉速增加，當有源無級調速裝置一軸的轉速等于設定轉速時，第二調速電機的轉速逐漸減小為零，此時閉合離合器，打開鎖止器；有源無級調速裝置一軸的轉速繼續增加，當有源無級調速裝置一軸的轉速大于設定轉速時，有源無級調速裝置工作在模式二。

本發明通過連續的控制調速電機轉速，實現無級調速，而且由于調速電機可以對此裝置輸入或者輸出能量，因此，系統是有源的無級調速裝置。