CN110863952A - 一种大功率直驱型风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率直驱型风力发电机组，包括风轮、机舱、塔筒、发电机；所述机舱坐落在塔筒顶上，所述发电机布置在机舱的端口；所述发电机为两台，即布置在机舱前端口的前端发电机和布置在机舱后端口的后端发电机，使前端发电机和后端发电机分别置于塔筒的两侧；所述风轮连接在前端发电机的驱动端，并与前端发电机的转子同轴；所述前端发电机转子的尾端通过万向联轴器与后端发电机转子的驱动端连接，使风轮驱动前端发电机和后端发电机同步运转。该发明能有效平衡塔顶倾覆力矩，减小机组塔顶、塔基载荷，能有效降低偏航轴承尺寸及塔筒重量；还能增加机组冗余，大幅提升机组可靠性和输出功率调控范围，使设计开发风险和难度大大降低。

Description

一种大功率直驱型风力发电机组
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种大功率直驱型风力发电机组。
背景技术
目前，市场上的直驱型水平轴风力发电机组都是风轮直接连接单个发电机实现能量的转换，风轮和直驱发电机均布置在机舱的前端口，位于塔筒的一侧，为悬臂结构，致使塔顶存在较大的倾覆载荷，对塔筒结构、偏航轴承影响较大，致使塔筒重量增加。尤其对于大功率等级的直驱型水平轴风力发电机组设计开发，为获取更大功率的电能，直驱型发电机的设计难度剧增，存在体积大，设计、制造难度大的难题，使上述问题更加突出。截止目前，8MW以上的大功率直驱型风力发电机组尚未大规模商业化应用，其可靠性尚未得到充分的验证。发电机的可靠性直接影响机组的利用率，如海上风电需求大功率风力发电机组，其维护难度高，维护、更换成本巨大，一旦发电机组失效，将带来巨大的经济损失。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种大功率直驱型风力发电机组，能有效平衡塔顶倾覆力矩，减小机组塔顶、塔基载荷，能有效降低偏航轴承尺寸及塔筒重量；还能增加机组冗余，大幅提升机组可靠性和输出功率调控范围；使大功率等级的直驱型水平轴风力发电机组设计开发风险和难度大大降低，缩短开发周期，降低机组成本，实现高可靠性、高经济性。
实现本发明的技术方案是：一种大功率直驱型风力发电机组，包括风轮、机舱、塔筒、发电机；所述机舱坐落在塔筒顶上，所述发电机布置在机舱的端口；其特征在于：所述发电机为两台，即布置在机舱前端口的前端发电机和布置在机舱后端口的后端发电机，使前端发电机和后端发电机分别置于塔筒的两侧；所述风轮连接在前端发电机的驱动端，并与前端发电机的转子同轴；所述前端发电机转子的尾端通过万向联轴器与后端发电机转子的驱动端连接，使风轮驱动前端发电机和后端发电机同步运转。
所述风轮和前端发电机转子的中轴线与机舱中轴线有适量轴倾角，亦即机舱中轴线为水平状态，而风轮和前端发电机转子的中轴线上扬，上扬角度不大于10°。
所述万向联轴器具有一个十字连轴节和一对法兰连接盘，所述法兰连接盘具有一个法兰盘端和一个轴端，两个法兰连接盘的轴端分别与十字连轴节的两端铰接，法兰盘端分别与前端发电机和后端发电机的转子轴连接。
所述前端发电机和后端发电机为永磁发电机。
所述前端发电机和后端发电机分别与两个或多个变频器连接，形成并联回路，向输电网独立输出电功率。
所述前端发电机和后端发电机的变频器对称发波。
本发明的有益效果是：
1、通过在机舱前、后布置两台发电机，位于塔筒的两侧，可有效平衡塔顶倾覆力矩，减小机组塔顶、塔基载荷，能有效降低偏航轴承尺寸及塔筒重量。
2、两台发电机通过万向联轴器连接，组成串联式柔性机械传动系统；双独立永磁发电机实现大功率电能输出，有效降低机舱尺寸，降低机组成本。
3、两台发电机构成双独立并联电气回路，增加机组冗余，大幅提升机组可靠性和输出功率调控范围；该电气结构可对称发波以节省滤波器。
4、本发明采用小功率成熟平台实现双倍大功率机型开发的设计思路，大大降低开发风险和难度，缩短开发周期，降低机组成本，实现高可靠性、高经济性的大型风力发电机组开发。
附图说明
图1为本发明实施例结构示意图；
图2为图1中联轴器的结构示意图；
图3为本发明实施例电气回路示意图。
图中标号：1—风轮，2—机舱，3—前端发电机，4—后端发电机，5—万向联轴器，6—塔筒，7—机架，8—十字联轴节，9—法兰连接盘，10—轴端，11—法兰盘端，12—变频器，13—变压器，α—轴倾角。
具体实施方式
现对本发明进行详细的描述，其示例表示在图1中，下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。
如图1所示，本风力发电机组包括风轮1、机舱2、前端发电机3、后端发电机4、万向联轴器5、塔筒6、机架7。
机舱2坐落并固定在塔筒6的顶上，前端发电机3、后端发电机4分别布置在机舱2的前、后端口，使前端发电机3和后端发电机4分别置于塔筒6的两侧；它们的定子都固定在机舱2内的机架7上，风轮1布置在前端发电机3的前端，并与前端发电机3的驱动端转子同轴连接。通过万向联轴器5（带离合器的联轴器，图中未示出，在特殊情况下，风轮1可与前端发电机3分离而空转，避免损坏发电机。）连接前端发电机3的转轴尾端与后端发电机4转子的驱动端，这样，风轮1即可驱动前端发电机3、后端发电机4同步运转。通过动力电缆将前端发电机3、后端发电机4分别与两个或多个变频器10进行并联。
为保证风力发电机组叶片结构与塔筒6不发生干涉，风轮1与水平轴通常呈一定的轴倾角α，形成传动链倾角。因此，风轮1和前端发电机3的中轴线与后端发电机4的中轴线不在同一直线上，有一定夹角，即风轮1和前端发电机3的中轴线上扬，上扬角度不大于10°。为保证前端发电机3和后端发电机4两轴连续回转以传递机械能，联轴器选用万向联轴器5，参见图2，万向联轴器5由一个十字连轴节8和一对法兰连接盘9组成，所述法兰连接盘9具有一个轴端10和一个法兰盘端11，两法兰连接盘9的轴端分别与十字连轴节8的两端铰接，法兰盘端通过螺栓分别与前端发电机3、后端发电机4的转轴连接。这样，利用万向联轴器5的柔性传动功能，解决前端发电机3、后端发电机4不同轴传动问题。
参见图3，前端发电机3与后端发电机4分别通过两个或多个变频器12形成两套独立的电气回路连接，通过变压器13接入输电网，该电气结构可对称发波以节省滤波器。
根据本发明的风力发电机组，通过配置两台发电机，平衡机舱前端和后端的配重，能有效平衡塔顶倾覆力矩，减小机组塔顶、塔基载荷，降低偏航轴承尺寸及塔筒重量。
根据本发明的风力发电机组，通过分别对两台发电机进行控制并独立接入电网，增加机组安全冗余，大幅提升输出功率调控范围；能够在单台发电机发生故障时保证风力发电机组连续运行，能够有效提高风力发电机组利用率。
根据本发明的风力发电机组，采用小功率成熟平台实现双倍大功率机型开发的设计思路，大大降低开发风险和难度，缩短开发周期，降低机组成本，实现高可靠性、高经济性的大型风力发电机组开发。
以上所述仅为本发明的一个实施例，在不脱离由权利要求及其等同限定范围的本发明原理情况下，可以根据产品需求进行修改、等同替换和改进，应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大功率直驱型风力发电机组，包括风轮、机舱、塔筒、发电机；所述机舱坐落在塔筒顶上，所述发电机布置在机舱的端口；其特征在于：所述发电机为两台，即布置在机舱前端口的前端发电机和布置在机舱后端口的后端发电机，使前端发电机和后端发电机分别置于塔筒的两侧；所述风轮连接在前端发电机的驱动端，并与前端发电机的转子同轴；所述前端发电机转子的尾端通过万向联轴器与后端发电机转子的驱动端连接，使风轮驱动前端发电机和后端发电机同步运转。
2.根据权利要求1所述大功率直驱型风力发电机组，其特征在于：所述风轮和前端发电机转子的中轴线与机舱中轴线有适量轴倾角，亦即机舱中轴线为水平状态，而风轮和前端发电机转子的中轴线上扬，上扬角度不大于10°。
3.根据权利要求1所述大功率直驱型风力发电机组，其特征在于：所述万向联轴器具有一个十字连轴节和一对法兰连接盘，所述法兰连接盘具有一个法兰盘端和一个轴端，两个法兰连接盘的轴端分别与十字连轴节的两端铰接，法兰盘端分别与前端发电机和后端发电机的转子轴连接。
4.根据权利要求1或3所述大功率直驱型风力发电机组，其特征在于：所述前端发电机和后端发电机为永磁发电机。
5.根据权利要求1或3所述大功率直驱型风力发电机组，其特征在于：所述前端发电机和后端发电机分别与两个或多个变频器连接，形成并联回路，向输电网独立输出电功率。
6.根据权利要求1或3所述大功率直驱型风力发电机组，其特征在于：所述前端发电机和后端发电机的变频器对称发波。
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