CN103225587A - 一种下风向风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种下风向风力发电机组方案。相比与传统的上风向变速变桨风力发电机组，本发明通过采用下风向捕风方式消除了上风向风机存在叶片与塔筒碰撞的隐患；通过设计双重功能桨叶调整装置降低了风机在大风情况下的机械载荷；通过可控变比齿轮箱设计方案提高了风机在低于额定风速的风能利用率；通过异步电机方案去除了变流器环节引起的电能质量谐波问题；通过采用被动偏航技术，更准去的实现了风力发电机组动态偏航对风，提高了风能利用效率。本发明的提出为相关下风向风力发电机组设计提供指导依据。

Description

一种下风向风力发电机组
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，涉及一种下风向风力发电机组概念设计方法。
背景技术
风能是目前最具有经济价值的可再生能源，根据中国国家发改委能源研究所发布《中国风电发展路线图2050》，中国风电未来40年的发展目标：到2020年、2030年和2050年，风电装机容量将分别达到2亿、4亿和10亿千瓦，到2050年，风电将满足17%的国内电力需求。
目前，风力发电机组已经成为风能利用的主要设备，上风向变速变桨风力发电机组是主流的风力发电机型。风力发电机组通过风轮吸收风能，利用传动系统将吸收风能传递到发电机轴端，通过发电机将机械能转化为电能。
目前广泛使用的上风向变速变桨风力发电机组主要存在以下问题：
1、由于存在变流器，致使并网电能谐波含量较高电能质量较差，同时成本也相对较高；
2、由于转速范围限制，在低于额定风速情况下很难确保全局范围最大功率跟踪控制；
3、当风速过大时，风轮扫风平面承受的推力载荷相对较大，容易产生安全事故；
4、风轮叶片在受风时容易产生顺风方向的弯曲形变，容易导致叶片扫风过程中叶片碰撞塔筒事故；
5、风力机机械环节载荷水平随着风速增大而增大，在高风速情况下风力发电机组可靠性相对较差；
6、风力机偏航角度很难精确对风，存在对风资源的浪费。
发明内容
针对目前广泛使用的上风向变速变桨风力发电机组存在的问题，本发明提出了一种如图1所示下风向风力发电机组，该风力发电机组主要包括以下环节：
1、风力发电机组采用下风向捕风方式；
2、风力发电机组桨叶调整装置具有双重调节功能，通过轴向调节可以实现叶片桨距角度调节；通过垂直于竖直平面调节，可以调节叶片与竖直平面的夹角；
3、传动系统采用可控变比齿轮箱方案；
4、发电机采用异步电机方案；
5、风力发电机组主要包括塔基、塔筒、机舱、整流罩、轮毂、叶片、桨叶调节装置、可控变比传动系统、制动装置、塔基控制系统和机舱控制系统；
6、当风速低于额定风速，桨距角度保持最小，同时叶片与竖直平面的夹角保持最小；
7、当风速超过额定风速时，通过桨叶调节装置调节叶片与竖直平面的夹角，配合调节叶片桨距角度，确保叶片稳定吸收风能；
8、当风速低于额定风速，通过调节可控变比传动系统实现风轮的最优转速控制同时确保异步发电机工作在额定转速附近；
9、当风速高于额定风速时，风轮转速高于额定转速，通过调节可控变比传动系统实现异步发电机工作在额定转速附近；
10、当风速超过切出风速时，通过调节叶片与竖直平面的夹角或者通过调节叶片桨距角度实现安全停机；
11、偏航控制采取被动偏航方式，偏航系统只起到增加偏航装置阻尼以及解缆作用；
12、在一定情况下，可以设计为定桨叶片即在风机运行过程中桨距角度保持不变实现本设计方案。
本发明与目前广泛使用的上风向变速变桨风力发电机组相比具有优点在于：
1、采用异步发电机直接并网，去除了变流器环节，提高并网电能质量和系统可靠性；
2、采用可控变比传动系统在低于额定风速情况下可以进行更大范围的最大功率追踪控制，获取更多的风能；
3、采用可控变比传动系统在高于额定风速情况下，可以通过提高风轮转速降低机械系统载荷同时保证发电机工作在额定转速；
4、通过桨叶调节装置调节叶片与竖直平面的夹角，可以有效降低在风速较大时风机相关机械环节载荷水平，提高机组可靠性；
5、不会产生叶片扫风过程中叶片碰撞塔筒事故；
6、风力机采用被动偏航技术可以有效的进行偏航对风动作，避免风资源的浪费
附图说明
图1 下风向风力发电机组示意图
具体实施方式
如图1所示，风力机整流罩安装在机舱迎风方向前部，而轮毂安装在机舱后部，叶片安装轮毂上，叶片根部与叶片调整装置连接，风轮可以设计为两叶片、三叶片以及多叶片形式；
风力发电机组桨叶调整装置可以采用液压方案或者电机控制方案；可以采用各叶片独立调整技术也可以采用风轮统一调整技术；
可变比齿轮箱可以采用机械式可变比齿轮箱方案；
偏航驱动方案可以液压方案或者电机驱动方案。

Claims (1)

1.下风向风力发电机组方案，其特征是如图1所示下风向风力发电机组，主要包括以下环节：
1）风力发电机组采用下风向捕风方式；
2）风力发电机组桨叶调整装置具有双重调节功能，通过轴向调节可以实现叶片桨距角度调节；通过垂直于竖直平面调节，可以调节叶片与竖直平面的夹角；
3）可控变比传动系统采用可控变比齿轮箱方案；
4）发电机采用异步电机方案；
5）风力发电机组主要包括塔基、塔筒、机舱、整流罩、轮毂、叶片、桨叶调节装置、可控变比传动系统、制动装置、塔基控制系统和机舱控制系统；
6）当风速低于额定风速，桨距角度保持最小，同时叶片与竖直平面的夹角保持最小；
7）当风速超过额定风速时，通过桨叶调节装置调节叶片与竖直平面的夹角，配合调节叶片桨距角度，确保叶片稳定吸收风能；
8）当风速低于额定风速，通过调节可控变比传动系统实现风轮的最优转速控制同时确保异步发电机工作在额定转速附近；
9）当风速高于额定风速时，风轮转速高于额定转速，通过调节可控变比传动系统实现异步发电机工作在额定转速附近；
10）当风速超过切出风速时，通过调节叶片与竖直平面的夹角或者通过调节叶片桨距角度实现安全停机；
11）偏航控制采取被动偏航方式，偏航系统只起到增加偏航装置阻尼以及解缆作用；
12）在一定情况下，可以设计为定桨叶片即在风机运行过程中桨距角度保持不变实现本设计方案。
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