CN106968892B - 混合型风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
一种混合型风力发电机组，包括水平轴发电机和垂直轴发电机，所述水平轴发电机和垂直轴发电机安装在同一个塔架上，所述水平轴发电机与通过水平轴齿轮箱与水平轴风轮连接，所述垂直轴发电机通过垂直轴齿轮箱与H型垂直轴风轮连接，H型垂直风轮绕内部中心线旋转；所述水平轴发电机齿轮箱与水平轴发电机之间连接有无级减速装置，所述无级减速装置通过锥齿连接机构与垂直轴齿轮箱相连，所述水平轴齿轮箱具有实现轴旋转反转的功能，保证在启动时无级变速器接合的两个轴以相同方向旋转。本发明提供了一种发电成本较低、功率密度较高、风能利用效率较高、输出电能质量较高的混合型风力发电机组。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组，尤其是一种混合型风力发电机组。
背景技术
风力发电是一种重要可再生能源利用方式，具有高效，环保等一系列优势。近年来，风力发电技术获得持续，快速的发展。我国的风电发展主要集中在2003年以后，尤其是在风电特许权的带动下，至2008年底总装机容量达到1215.3万kw，同比增长 106%，跻身世界风电装机容量超千万千瓦的风电大国行列。
风力发电机根据旋转轴的不同，可以分为水平轴风力机和垂直轴风力机。现有的风力发电主要采用水平轴或者垂直轴形式的风力发电机实现风能的捕获及其电能的转换。
水平轴形式的风力发电机一般安装在高海拔地带，只能利用一定高度上的风速实现发电，并不能较好地利用地面附近的低空风速。而且，此种风力发电机容易出现过功率和电压闪变等故障问题，因此也制约了其进一步的发展。水平轴风力机在高风速下转速接近额定角速度时，需要减速调节或变桨调节来减小桨叶上的升力。这限制了最大扭矩，浪费了一部分潜在的风能。目前有改变风力机扫略面积等改进，例如将多个转翼安装在塔上不同位置，但这些增加了制造安装和维护的成本。
同时，垂直轴形式的风力发电机对风能的利用率低和其启动性能差是主要的缺点。垂直轴风力机通常安装在地面附近，主要利用地面的低风速产生电能，无法充分利用高空的高风速实现高效发电。而且，相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机的风轮扫掠面积较小，极易受到地面附近的风速湍流的影响。由于风速随机性变化，产生风电功率的随机波动，加大了电网负荷调节负担。。
发明内容
为了克服已有风力发电机组的发电成本较高、功率密度较低、风能利用效率较低、输出电能质量较低的不足，本发明提供了一种发电成本较低、功率密度较高、风能利用效率较高、输出电能质量较高的混合型风力发电机组。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种混合型风力发电机组，包括水平轴发电机和垂直轴发电机，所述水平轴发电机和垂直轴发电机安装在同一个塔架上，所述水平轴发电机与通过水平轴齿轮箱与水平轴风轮连接，所述垂直轴发电机通过垂直轴齿轮箱与H型垂直轴风轮连接，H型垂直风轮绕内部中心线旋转；
所述水平轴发电机齿轮箱与水平轴发电机之间连接有无级减速装置，所述无级减速装置通过锥齿连接机构与垂直轴齿轮箱相连，所述水平轴齿轮箱具有实现轴旋转反转的功能，保证在启动时无级变速器接合的两个轴以相同方向旋转。
进一步，所述水平轴发电机和垂直轴发电机共用一偏航齿轮系，可实现水平轴发电机偏转对风功能。
本发明的有益效果主要表现在：
1、本发明通过把水平轴风轮产生的过量动能传递到垂直轴发电机，降低了单一风力发电的成本，节约材料和运输成本，降低单位电能输出的成本值。
2、提高了风力发电的功率密度，在空间受限的情况下，获得最佳的电能输出。在高风速情况下，水平轴风力发电产生的过量电能也可以通过无级变速装置传递到安装在同一个塔架上的垂直轴风力发电机组内，使得输出的电能得到有益的整合，并能够大幅度地降低水平轴发电机的功率和载荷波动，因此有助于降低其疲劳特性，延长使用寿命。
3、提高了风能利用效率和输出电能质量。本发明同时采用水平轴和垂直轴桨叶结构，同时吸收和捕获风流动能，显著提高了的风能扫掠面积。吸收风能的面积宽度大幅增加，使得其捕获效率和输出电能质量得到进一步地提高。
4、采用无级变速装置连接水平轴和垂直轴风力发电机，使得机组整体的速度和转矩特性可以根据来流风速状况来进行调节，以捕获最佳风动能，实现机组的载荷和速度传递的最优化控制。
附图说明
图1为混合型风力发电机组的结构图；
图2为整体布置图；
图3为混合型风力发电机组的工作流程图。
其中，1.水平轴风轮2.水平轴齿轮箱 3.锥齿连接机构 4. 偏航齿轮系 5.无级变速装置 6.水平轴发电机 7. 垂直轴齿轮箱 8. 垂直轴风轮 9. 垂直轴发电机。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1~图3，一种混合型的风力发电机包括水平轴发电机6 、垂直轴发电机9 ，水平轴发电机6 通过水平轴齿轮箱2 连接到水平轴风轮1 ,垂直轴发电机9 通过垂直轴齿轮箱7 连接到H型垂直轴风轮8。
水平轴齿轮箱2 与水平轴发电机6 间接有无级减速装置5 ，无级减速装置5 通过锥齿连接机构3 与垂直轴齿轮箱7 相连。通过此连接机构，水平轴风轮1 产生的过量动能可传递到垂直轴齿轮箱7 ，从而输入到垂直轴发电机9 。其中，水平轴齿轮箱2 能实现轴旋转的反转功能，保证在启动时无级变速装置5 接合的两个轴以相同方向旋转。
水平轴发电机和垂直轴发电机共用一偏航齿轮系4，可实现水平轴发电机6 的偏转对风功能。
图3说明了混合型风力发电机组的工作流程。起始状态时，混合型风力发电机组的控制装置接收到风速，两发电机转速和转矩等信号，以便计算和监控两发电机的转速上升速率。在较低的风速状况下，无级变速装置脱开，两发电机各自独立地工作，各自独立地捕获最佳风动能，产生电能并输出。在高风速情况下，当水平轴发电机的转速超越其额定值时，无级变速装置接合两发电机，实现两发电机混合发电，在此种混合发电状态下，通过无级变速装置的传动比的调节，可以实现两发电机的最优整合，并能使得水平轴发电机工作在其额定的转速或者功率状态。一方面减轻水平轴发电的速度和载荷负担，另一方面实现了功率和转速的整合和优化。
本发明工作时，水平轴风轮1在风力作用下旋转，通过其水平轴齿轮箱2带动水平轴发电机6旋转，产生电能输出。H型垂直轴风轮8绕其内部的中心轴线旋转，并通过其垂直轴齿轮箱7带动垂直轴发电机9旋转发电。两个发电机均能够独立的吸收其附近风流动能，实现自行发电。
在高于额定风速情况下，水平轴风轮1产生的额外的动能可以通过无级变速装置5传递到锥齿连接机构3，并通过该机构耦合到垂直轴齿轮箱7，进而输入到垂直轴发电机9。在此情况下，过量的水平风动能可以传递到垂直轴发电机9，有利于降低水平轴发电机6的功率和载荷负担，起到功率，转速和载荷平滑的作用。同时，无级变速装置5不仅可以起到连接两发电机的作用，还可以自适应地平滑地调整两发电机的转速和功率特性，有利于在低风速时捕获最佳的风能，同时在高风速时，自动地调节两发电机的功率输出，实现稳压和稳定功率输出等功能。
Claims (2)
1.一种混合型风力发电机组，其特征在于：包括水平轴发电机和垂直轴发电机，所述水平轴发电机和垂直轴发电机安装在同一个塔架上，所述水平轴发电机与通过水平轴齿轮箱与水平轴风轮连接，所述垂直轴发电机通过垂直轴齿轮箱与H型垂直轴风轮连接，H型垂直风轮绕内部中心线旋转；
所述水平轴齿轮箱与水平轴发电机之间连接有无级减速装置，所述无级减速装置通过锥齿连接机构与垂直轴齿轮箱相连，所述水平轴齿轮箱具有实现轴旋转反转的功能，保证在启动时无级减速装置接合的两个轴以相同方向旋转；
在高于额定风速情况下，水平轴风轮产生的额外的动能通过无级变速装置传递到锥齿连接机构，并通过该机构耦合到垂直轴齿轮箱，进而输入到垂直轴发电机。
2.如权利要求1所述的混合型风力发电机组，其特征在于：所述水平轴发电机和垂直轴发电机共用一偏航齿轮系。
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