CN101660499B - 并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种针对目前我国流行的直驱型和双馈型两种机型开发的一种并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组。它是由叶轮系统、传动系统、支撑系统、偏航系统、液压系统、温控系统和电气系统组成的，叶轮系统直接与传动系统的增速箱行星架法兰相连接，叶轮系统包括三片叶片、轮毂和变桨控制单元，传动系统的发电机定子外壳和增速箱内齿圈外壳分别以前法兰和后法兰的方式固定在支撑系统的回转支架上，发电机为同步永磁发电机。本发明采用一级行星齿轮箱和低速永磁同步发电机，体积小、结构简单，机组维护项目少、维护成本低、无需特殊吊装设备，机组有充裕的空间满足维护和人机工程学要求，所有部件具有最佳的可维护性。
Description
(一)技术领域
本发明涉及风力发电技术，具体说就是一种并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组。
(二)背景技术
风能是人类最早使用的能源之一，远在公元前2000年，埃及、波斯等国已出现帆船和风磨，中世纪荷兰与美国已有用于排灌的水平轴风车。我国是世界上最早利用风能的国家之一，早在距今1800年前，我国就有风力提水的记载。1890年丹麦的P·拉库尔研制成功了风力发电机，1908年丹麦已建成几百个小型风力发电站。自二十世纪初至二十世纪六十年代末，一些国家对风能资源的开发，尚处于小规模的利用阶段。随着大型水电、火电机组的采用和电力系统的发展，1970年以前研制的中、大型风力发电机组因造价高和可靠性差而逐渐被淘汰，到二十世纪六十年代末相继都停止了运转。这一阶段的试验研究表明，这些中、大型机组一般在技术上还是可行的，它为二十世纪七十年代后期的大发展奠定了基础。1980年以来，国际上风力发电机技术日益走向商业化。主要机组容量有300kW、600kW、750kW、850kW、1MW、2MW。1991年丹麦在Vindeby建成了世界上第一个海上风电场，由11台丹麦Bonus 450kW单机组成，总装机4.95MW。随后荷兰、瑞典、英国相继建成了自己的海上风电场。
目前，我国并网型风力发电机组主要有两种机型：一种是直驱型；另一种是双馈型.直驱型风机有着较好的可维护性，但是直驱型的电机级数多，质量大，存在着整机机舱过重，载荷条件差，安装、运输困难等一些不便因素。双馈型同时又有齿轮箱故障率高，维护成本大的不足。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种针对目前我国流行的直驱型和双馈型两种机型开发的一种并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组。
本发明的目的是这样实现的：它是由叶轮系统、传动系统、支撑系统、偏航系统、液压系统、温控系统和电气系统组成的，叶轮系统直接与传动系统的增速箱行星架法兰相连接，叶轮系统包括三片叶片、轮毂和变桨控制单元，传动系统的发电机定子外壳和增速箱内齿圈外壳分别以前法兰和后法兰的方式固定在支撑系统的回转支架上，发电机为同步永磁发电机，发电机为内转子结构，内转子前轴与齿轮箱输出轴用外花键联接，后轴伸出端安装刹车盘，增速箱和发电机空心轴孔穿过滑环电缆，支撑系统中除回转支架用于支撑传动系统外，还有底架用于支撑电气系统的控制柜、电缆、温控系统的温控柜及管路。
本发明还有以下技术特征：
(1)所述的支撑系统中的回转支架其结构前立面与竖直方向成4°夹角，有双侧立面法兰和底部法兰，内部法兰安装发电机，外部法兰安装增速箱，构成传动系统，使安装在增速箱行星架上的叶轮与传动系统处于一条直线，且与水平方向成4°夹角，底部法兰安装在偏航轴承内圈上。
(2)所述的叶轮系统直接与传动系统中的增速箱行星架连接，增速箱输出端太阳轮与发电机转子用花键套连接，增速箱与发电机中心有一根空心轴连接，发电机空心轴输出端连接导电滑环转子，滑环定子通过滑环支架固定在发电机定子外壳上，滑环电缆穿过空心轴孔。
(3)所述的偏航系统包括偏航电动机、偏航减速机、偏航轴承、偏航闸和偏航制动盘，偏航轴承外圈与塔筒连接，内圈与回转支架连接，偏航减速机固定在回转支架上，其输出齿轮与轴承外圈外齿啮合，偏航电动机连接偏航减速机齿轮，偏航闸固定在回转支架上，偏航制动盘固定在轴承外圈和塔筒之间。
(4)所述的变桨控制单元包括变桨驱动装置和变桨控制系统，变桨驱动装置由变桨电机及变桨减速机组成，其中变桨轴承外圈与轮毂固定连接，轴承内圈与叶片连接，变桨减速机与轮毂连接，其输出齿轮与轴承内圈内齿啮合，变桨控制系统位于轮毂内部。
(5)所述的电气系统由塔顶柜、塔底柜、系统控制单元和电缆组成，塔顶柜、塔底柜分别与系统控制单元和电缆连接。
本发明采用一级行星齿轮箱和低速永磁发电机，最大限度的提高了系统可靠性和风能利用率。采用成熟的一级行星齿轮箱和低速永磁同步发电机，是半直驱技术的核心部分，它结合了直驱技术和双馈技术的优点，单级齿轮箱的较低增速比，避免了多级齿轮箱中高速级的诸多风险；低速永磁同步发电机体积较小、结构简单，确保了整个风机的可靠性。单级行星齿轮箱和低速永磁同步发电机组成的传动链，中间环节小、机械传动损失小；配合全功率变频器，调速范围很宽，可满足风机各风速条件下轮毂最佳转速的要求，可使叶片始终处于最佳叶尖速比的运行条件下。采用双侧IGBT全功率液冷四象限变频器，转换效率高，并网时功率输出平滑；配合内部的滤波器，谐波畸变小；并能根据用户要求进行无功补偿，可以满足最新的电网低电压穿越要求，适合各种电网规范。本发明并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组，维护项目少、维护成本低、无需特殊吊装设备、对维护人员没有特殊要求，机组有充裕的空间满足维护和人机工程学要求，所有部件具有最佳的可维护性。
(四)附图说明
图1为本发明的结构正视图；
图2为本发明的结构俯视图；
图3为图2中A-A视图，即偏航系统结构图；
图4为本发明的回转支架正视图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1：结合图1-图4，本发明并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组，它是由叶轮系统、传动系统、支撑系统、偏航系统、液压系统、温控系统和电气系统组成的，叶轮系统直接与传动系统的增速箱行星架法兰相连接，叶轮系统包括三片叶片、轮毂和变桨控制单元，传动系统的发电机定子外壳和增速箱内齿圈外壳分别以前法兰和后法兰的方式固定在支撑系统的回转支架上，发电机为同步永磁发电机，发电机为内转子结构，内转子前轴与齿轮箱输出轴用外花键联接，后轴伸出端安装刹车盘，增速箱和发电机空心轴孔穿过滑环电缆，支撑系统中除回转支架用于支撑传动系统外，还有底架用于支撑电气系统的控制柜、电缆、温控系统的温控柜及管路。
本发明还有以下技术特征：
(1)所述的支撑系统中的回转支架其结构前立面与竖直方向成4°夹角，有双侧立面法兰和底部法兰，内部法兰安装发电机，外部法兰安装增速箱，构成传动系统，使安装在增速箱行星架上的叶轮与传动系统处于一条直线，且与水平方向成4°夹角，底部法兰安装在偏航轴承内圈上。
(2)所述的叶轮系统直接与传动系统中的增速箱行星架连接，增速箱输出端太阳轮与发电机转子用花键套连接，增速箱与发电机中心有一根空心轴连接，发电机空心轴输出端连接导电滑环转子，滑环定子通过滑环支架固定在发电机定子外壳上，滑环电缆穿过空心轴孔。
(3)所述的偏航系统包括偏航电动机、偏航减速机、偏航轴承、偏航闸和偏航制动盘，偏航轴承外圈与塔筒连接，内圈与回转支架连接，偏航减速机固定在回转支架上，其输出齿轮与轴承外圈外齿啮合，偏航电动机连接偏航减速机齿轮，偏航闸固定在回转支架上，偏航制动盘固定在轴承外圈和塔筒之间。
(4)所述的变桨控制单元包括变桨驱动装置和变桨控制系统，变桨驱动装置由变桨电机及变桨减速机组成，其中变桨轴承外圈与轮毂固定连接，轴承内圈与叶片连接，变桨减速机与轮毂连接，其输出齿轮与轴承内圈内齿啮合，变桨控制系统位于轮毂内部。
(5)所述的电气系统由塔顶柜、塔底柜、系统控制单元和电缆组成，塔顶柜、塔底柜分别与系统控制单元和电缆连接。
实施例2：结合图1-图4，本发明并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组，所述的叶轮系统中的轮毂(4)直接与传动系统的增速箱行星架(30)法兰相连接，叶轮系统中变桨轴承(3)外圈与轮毂(4)固定连接，轴承内圈与叶片(5)连接，变桨减速机(6)与轮毂(4)连接，其输出齿轮与变桨轴承(3)内圈内齿啮合，变桨电动机(2)驱动变桨减速机齿轮，使叶片(5)转动。变桨控制单元(1)安装在轮毂(4)内部。传动系统的发电机定子外壳(12)和增速箱内齿圈外壳(7)分别以前法兰和后法兰的方式固定在支撑系统的回转支架上，增速箱行星架(30)带动行星轮(29)驱动增速箱太阳轮，太阳轮输出端用花键套(9)与发电机转子(9)相连，增速箱空心轴(8)固定在增速箱行星架(30)上，空心轴与滑环(24)转子连接，滑环定子用滑环支架(25)连接在发电机定子外壳(11)上，发电机制动盘(26)安装在发电机转子上，发电机制动器(14)安装在发电机定子外壳(11)上，其他支撑机构(20)安装回转支架上，温控柜、塔顶柜、变频器和温控系统外部冷却器安装在其他支撑机构(20)上，发电机冷却管路(21)连接在温控柜(19)与发电机之间，变频器冷却管路(22)连接在变频器与温控柜(19)之间，温控系统外部冷却管路(36)连接在温控系统外部冷却器(37)与温控柜之间。液压站(23)安装在回转支架(10)上，发电机制动器液压管(15)连接在液压站(23)与发电机制动器(14)之间，偏航闸(35)安装在回转支架(10)底部，偏航闸液压管路(40)连接在液压站(23)与偏航闸(35)之间。偏航系统中的偏航轴承(27)外圈与塔筒(32)连接，内圈与回转支架(10)连接，偏航减速机(38)固定在回转支架(10)上，其输出齿轮与轴承外圈外齿啮合，偏航电动机(34)驱动减速机齿轮使回转支架(10)转动，偏航闸(35)固定在回转支架上，偏航制动盘(39)固定在轴承外圈和塔筒(32)之间，需要制动时，偏航闸(35)夹紧制动盘。电控系统中发电机与变频器间电缆(13)连接在发电机与变频器之间，变频器与塔底柜间电缆(31)连接在变频器与塔底柜(33)之间，各系统控制电缆(18)连接在塔顶柜(17)与各系统之间。
Claims (5)
1.一种并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组，它是由叶轮系统、传动系统、支撑系统、偏航系统、液压系统、温控系统和电气系统组成的，其特征在于：叶轮系统直接与传动系统的增速箱行星架法兰相连接，叶轮系统包括三片叶片、轮毂和变桨控制单元，传动系统的发电机定子外壳和增速箱内齿圈外壳分别以前法兰和后法兰的方式固定在支撑系统的回转支架上，发电机为永磁同步发电机，发电机为内转子结构，内转子前轴与齿轮箱输出轴用外花键联接，后轴伸出端安装刹车盘，增速箱和发电机空心轴孔穿过滑环电缆，支撑系统中除回转支架用于支撑传动系统外，还有底架用于支撑电气系统的控制柜、电缆、温控系统的温控柜及管路；
所述的支撑系统中的回转支架其结构前立面与竖直方向成4°夹角，有双侧立面法兰和底部法兰，内部法兰安装发电机，外部法兰安装增速箱，构成传动系统，使安装在增速箱行星架上的叶轮与传动系统处于一条直线，且与水平方向成4°夹角，底部法兰安装在偏航轴承内圈上。
2.根据权利要求1所述的并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组，其特征在于：所述的增速箱的输出端太阳轮与发电机转子用花键套连接，增速箱与发电机中心有一根空心轴连接，发电机空心轴输出端连接导电滑环转子，滑环定子通过滑环支架固定在发电机定子外壳上，滑环电缆穿过空心轴孔。
3.根据权利要求1所述的并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组，其特征在于：所述的偏航系统包括偏航电动机、偏航减速机、偏航轴承、偏航闸和偏航制动盘，偏航轴承外圈与塔筒连接，内圈与回转支架连接，偏航减速机固定在回转支架上，其输出齿轮与轴承外圈外齿啮合，偏航电动机连接偏航减速机齿轮，偏航闸固定在回转支架上，偏航制动盘固定在轴承外圈和塔筒之间。
4.根据权利要求1所述的并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组，其特征在于：所述的变桨控制单元包括变桨驱动装置和变桨控制系统，变桨驱动装置由变桨电机及变桨减速机组成，其中变桨轴承外圈与轮毂固定连接，轴承内圈与叶片连接，变桨减速机与轮毂连接，其输出齿轮与轴承内圈内齿啮合，变桨控制系统位于轮毂内部。
5.根据权利要求1所述的并网型混合驱动式变桨变速恒频风力发电机组，其特征在于：所述的电气系统由塔顶柜、塔底柜、系统控制单元和电缆组成，塔顶柜、塔底柜分别与系统控制单元和电缆连接。
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