[發明專利]一種基于飛輪儲能調速的風力發電機系統

有效

• 申請號: 201310076873.6
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103133264A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 王彥良;金立軍;魏然;陳曉紅;劉宗杰;王一飛;薛義飛;張文豪;馬健
• 申請（專利權）人: 山東電力集團公司濟寧供電公司;國家電網公司
• 主分類號: F03D9/02
• 分類號: F03D9/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄧建國

技術領域

本發明屬于新能源發電及接入技術領域，涉及智能電網中的風力發電技術、新能源開發技術、以及風力發電并網技術，尤其涉及一種基于飛輪儲能調速的風力發電機系統。

背景技術

風力發電在電力系統中所占的比重日益增加，由于風能具有隨機性和間歇性的特點，風力發電對電力系統產生的電壓波動、頻率偏移、諧波污染等問題日益突出。此外，我國風力資源豐富的地區多分布于電網相對薄弱的中西部，大量風電機組的并網給現有電力系統的正常運行帶來極大的挑戰。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，提供一種基于飛輪儲能調速的風力發電機系統，它在風力發電系統中引入儲能調速裝置，能夠有效減小風力發電對電網的沖擊，保證電力系統運行的連續性和穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種基于飛輪儲能調速的風力發電機系統，包括風葉、風輪軸心、飛輪、主軸和發電機；所述風葉固定在風輪軸心的一端，風輪軸心的另一端的端面上設有圓孔，圓孔的圓周內壁上設有棘齒，所述飛輪上設有棘輪，棘輪伸入圓孔內，棘輪上設有棘爪，棘爪與棘齒配合；所述飛輪、主軸、發電機依次固定同軸連接。

所述基于飛輪儲能調速的風力發電機系統還包括風輪軸心支撐軸承和機組外殼，風輪軸心支撐軸承把風輪軸心支撐在機組外殼上。

所述基于飛輪儲能調速的風力發電機系統還包括主軸第一支撐軸承和主軸第二支撐軸承，主軸第一支撐軸承和主軸第二支撐軸承分別將主軸支撐在風輪軸心內壁上和機組外殼的內壁上。

所述基于飛輪儲能調速的風力發電機系統還包括塔架，塔架將整個風力發電機組支撐于空中。

本發明該棘輪分為三層，最外層與風輪軸心相連，中間層與飛輪的軸心相連，最內層與主軸相連，最外層內壁為棘齒，中間層上安裝有兩個棘爪，嵌入最外的棘齒，中間層和最內層為剛性連接。當風輪高速轉動時，最外層通過棘爪帶動飛輪以及主軸一起高速轉動；當風輪轉速過低時，則對飛輪和發電機沒有影響，此時飛輪驅動電機轉動。

本發明將飛輪和風輪以及發電機的轉子通過棘輪連接起來，當風輪高速轉動的時候，驅動電機發電，同時驅動飛輪轉動將多余的風能轉化為飛輪的機械能以達到儲能的目的；當風輪轉速過低時，則對飛輪和發電機沒有影響，此時飛輪驅動電機轉動，同時可以對電機進行調速。

本發明區別于傳統的通過電力電子器件與風力發電機組相連的方式，本發明采用機械方式直接安裝在風力發電機組上，屬于機械能之間的轉換，轉換次數減少且損耗降低。

本發明的有益效果：風力發電系統中采用飛輪蓄能調速，即風力發電機的風葉在風力驅動下旋轉時帶動適當轉動慣量的飛輪運動，當風力強時，風葉驅動飛輪加速，并以動能的形式將一部分能量儲存在飛輪中；當風力弱時，儲存在飛輪中的動能仍可驅動風力發電機發電。利用慣性原理通過適當質量的飛輪儲能，可在一定范圍內自動穩定風力發電機的轉速，以平抑由于風力起伏而引起的發電機輸出電能的波動，改善電能的質量。本發明是采用機械方式直接安裝在風力發電機組上，屬于機械能之間的轉換，轉換次數減少且損耗降低。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是飛輪剖面圖。

其中，1-風葉；2-主軸第一支撐軸承；3-飛輪；4-主軸第二支撐軸承；5-機組外殼；6-發電機；7-主軸；8-塔架；9-棘輪；10-風輪軸心支撐軸承；11-風輪軸心；12-棘爪。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

一種基于飛輪儲能調速的風力發電機系統，包括風葉1、主軸第一支撐軸承2、飛輪3、主軸第二支撐軸承4、機組外殼5、發電機6、主軸7、塔架8、棘輪9、風輪軸心支撐軸承10、風輪軸心11、棘爪12。

如圖1所示，所述風葉1固定在風輪軸心11的一端，風輪軸心11的另一端的端面上設有圓孔，所述飛輪3上設有棘輪9，棘輪9伸入圓孔內，所述飛輪3、主軸7、發電機6依次固定同軸連接。風輪軸心11、飛輪3以及主軸7通過棘輪9連接在一起。風輪軸心支撐軸承10把風輪軸心11支撐在機組外殼5上。主軸有兩個支撐軸承：主軸第一支撐軸承2和主軸第二支撐軸承4，分別將其支撐在風輪軸心11內壁上和機組外殼5的內壁上。塔架8將整個風力發電機組支撐于空中。

如圖2所示，最外層是風輪軸心11，中間層是飛輪3，最內層是主軸7，飛輪3的棘輪9上裝有兩個棘爪12。所述風輪軸心11的圓孔的圓周內壁上設有棘齒，所述棘爪12與棘齒配合。