CN112814857B - 一种适用于分散式风力发电机组的全集成式风电机组机舱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于分散式风力发电机组的全集成式风电机组机舱，包括设置在舱体内的主传动系统和双馈式发电机，所述主传动系统和双馈式发电机之间通过联轴器联接，所述全集成式风电机组机舱还包括设置在舱体内的变流系统和升压系统，所述双馈式发电机和变流系统之间通过电缆一联接，变流系统和升压系统之间通过电缆二联接，电缆三与升压系统联接，通过电缆三实现电能输出。本发明将变流器和变压器集成设计在机舱内部，使得机舱内的主要部件高度集成于一体，避免了电损以及成本的增加。

Description

一种适用于分散式风力发电机组的全集成式风电机组机舱

技术领域

本发明涉及一种风电机组机舱，尤其涉及一种适用于分散式风力发电机组的全集成式风电机组机舱。

背景技术

分散式风力发电就是在配电网负载端分散安装风电机组，风力发电站位于负荷中心附近，不以大规模远距离送电为目的，所产生的电力就近接入当地电网进行消纳。 对于风能资源比较丰富的地区，当配电电网供电半径较大时，可以考虑在配电网负载端分散安装风电机组。这样不但可以实现风力发电，好通过就地补偿负载有功功率和无功功率，减少来自配电网的有功功率和无功功率，进而降低配电网电网损失。因此，分散式风力发电具有投资规模小，建设周期短；输送距离短，线损少，成本低；不参与竞价，上网电价高，预期收益好；靠近负荷中心，就地并网消纳，限电风险小；投资主体多元化，园区/社区/村镇风电均为发展形式等特点。

双馈风力发电机组是一种适用于分散式风力的发电机组，其采用双馈绕线型异步发电机，属于变速恒频风力发电系统，具有风能利用系数高，不但能吸收由风速突变所产生的能量波动且避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，还能自由调整有功和无功功率，改善系统的功率因数，实现对频率和电压的方便调节等优点。

双馈风力发电机组机舱是双馈风力发电机组的一个重要组成部件，其作用是利用风轮捕捉风能传递到主传动系统，再通过主传动系统的传动链将叶片传过来的低速转动增速为发电机并网发电转速，然后利用发电机输出690V电能，再传输至变流器并通过变压器升压后送入电网。

目前双馈风力发电机组机舱的布置主要存在以下问题：

1、因发电机安装在塔架顶部的机舱内，而变流器安装在塔架底部的平台上，随着塔架逐步升高，部分高塔已达到160m，发电机和变流器之间的距离也越来越远，导致发电机至变流器间的电缆也越来越长，电损越来越大；

2、随着双馈风力发电机组单机容量逐渐增大，目前市场上已出现6MW/8MW单机风电机组，使得发电机至变流器间的690V电缆根数越来越多，导致在马鞍桥处扭缆和解缆出现困难且塔筒内电缆固定成本急剧增长；

3、随着分散式风力发电机组应用越来越广泛，其已经不仅仅是布置在山区、草原等人烟稀少的地方，在人员驻扎的郊区或市区均存在布置风电机组的情况，此时机组对征地面积要求就越来越严苛，而原有油浸式变压器安装需额外征地的需求也越来越难以满足；

4、变压器（升压系统）安装在塔架底部外面，从而会产生运维、防火、防盗、防叶片落冰砸坏等一系列的维护问题，导致维护成本的增加。

经过检索，找到以下相关专利文献：

授权公告号为CN100439702C ，授权公告日为2008年12月3日的中国发明专利公开了一种双馈式变速恒频风力发电机组，包括前机舱底盘、后机舱底盘、发电机、增速箱、 风轮和控制单元，前机舱底盘和后机舱底盘之间的连接面为斜面，后机舱底盘固定在塔架上，发电机置于后机舱底盘上，增速箱置于前机舱底盘上；发电机通过联轴器与增速箱连接，增速箱与风轮的轮毂之间通过端盖连接；控制单元分别与发电机、增速箱、风轮 叶片、主轴相连。

上述专利文献中公开了一种双馈式变速恒频风力发电机组的具体结构，从该专利文献中的内容和附图可以看出，在机舱内部主要是安装了发电机、增速箱、 风轮和控制单元等部件，变流器和变压器均未集成设计在机舱内部。因此，该发电机组的变流器和变压器还是设置在机舱外部，从而会导致发生上述问题。

综上，如何设计一种适用于分散式风力发电机组的新型集成式机舱，使其能将变流器和变压器也集成设计在机舱内部，使得机舱内的主要部件高度集成于一体，避免电损以及成本的增加是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种适用于分散式风力发电机组的全集成式风电机组机舱，其将变流器和变压器集成设计在机舱内部，使得机舱内的主要部件高度集成于一体，避免了电损以及成本的增加。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种适用于分散式风力发电机组的全集成式风电机组机舱，包括设置在舱体内的主传动系统和双馈式发电机，所述主传动系统和双馈式发电机之间通过联轴器联接，所述全集成式风电机组机舱还包括设置在舱体内的变流系统和升压系统，所述双馈式发电机和变流系统之间通过电缆一联接，变流系统和升压系统之间通过电缆二联接，电缆三与升压系统联接，通过电缆三实现电能输出。

优选的，所述主传动系统、双馈式发电机、变流系统和升压系统沿舱体的长度方向依次设置在舱体的内部。

优选的，所述电缆三采用35kv电缆，电缆三的一端与升压系统的高压侧联接，电缆三的另外一端并入集电线路，实现35kV电能输出。

优选的，在舱体内且位于变流系统处还安装有主控系统，主控系统与所述主传动系统、双馈式发电机、变流系统和升压系统电连接。

优选的，在舱体内还设置有机架系统，所述机架系统包括前机架和后机架；主传动系统通过轴承座固定在前机架上，双馈式发电机设置在后机架上。

优选的，在双馈式发电机和后机架之间还设置有多个发电机弹性支撑，双馈式发电机通过多个发电机弹性支撑固定连接在后机架上。

优选的，变流系统也设置在后机架上，在变流系统的柜体的底部处设置有多个柜体底部弹性支撑，在变流系统的柜体的背部处设置有多个柜体背部弹性支撑，变流系统通过柜体底部弹性支撑和柜体背部弹性支撑固定在机架系统的后机架和舱体上。

优选的，在机舱内且位于后机架处还设置有变压器底座，在机舱内还设置有尾立杆，升压系统的底部连接在变压器底座上，升压系统的顶部连接在尾立杆上。

优选的，在升压系统的底部处设置有多个变压器底部弹性支撑，升压系统的底部通过多个变压器底部弹性支撑连接在变压器底座上；在升压系统的顶部处设置有变压器连杆和变压器顶部弹性支撑，变压器连杆的一端铰接在升压系统的顶部上，压器连杆的另外一端通过变压器顶部弹性支撑连接在尾立杆上。

优选的，在风电机组塔架的顶端上固定安装有偏航系统，舱体通过前机架与偏航系统联接。

本发明的有益效果在于：本发明将主要部件如主传动系统、双馈式发电机、变流系统和升压系统集中布置在舱体内部，相比现有技术，极大的减短了发电机和变流系统之间的电缆长度，极大的减少了电损；本发明的升压系统设置在舱体内部，也避免了出现额外征地的需求和避免了额外的防火、防盗、防叶片落冰砸坏的风险，极大的降低了后期的维护成本。本发明采用一根35kV电缆联接实现电能输出，可替代原有多根690V电缆，解决了由于风电机组单机容量增大后690V输出电缆根数越来越多导致扭缆和解缆困难的问题。

附图说明

图1为本发明实施例中全集成式风电机组机舱内部的俯视结构示意图；

图2为本发明实施例中全集成式风电机组机舱去掉部分机舱罩后的主视结构示意图；

图3为图1中A部的放大结构示意图；

图中：1. 舱体，2.主传动系统，3. 双馈式发电机，4. 联轴器，5. 变流系统，6. 升压系统，7. 前机架，8.后机架，9. 减重孔，10.发电机弹性支撑，11. 柜体底部弹性支撑，12. 柜体背部弹性支撑，13. 变压器底座，14. 尾立杆，15. 变压器底部弹性支撑，16. 变压器连杆，17. 变压器顶部弹性支撑，18. 主控系统，19.偏航系统，20. 机舱罩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的阐述。

实施例：如图1所示，一种适用于分散式风力发电机组的全集成式风电机组机舱，包括设置在舱体1内的主传动系统2和双馈式发电机3，所述主传动系统2和双馈式发电机3之间通过联轴器4联接，其还包括设置在舱体1内的变流系统5和升压系统6，升压系统6可采用干式变压器，所述双馈式发电机2和变流系统4之间通过电缆一（图中未示出）联接传输电能，变流系统5和升压系统6之间也通过电缆二（图中未示出）联接传输电能，电缆三（图中未示出）的一端与升压系统6联接，电缆三的另外一端接入塔底的高压开关柜后并入集电线路。主传动系统2、双馈式发电机3、变流系统5和升压系统6沿舱体1的长度方向依次设置在舱体1的内部。

工作时，风轮捕捉风能传递到主传动系统，再通过主传动系统传递给双馈式发电机3转化为电能，转化后的电能通过变流系统5和升压系统6后经35kv电缆三传输到塔底的高压开关柜后并入集电线路，实现35kV电能输出。本实施例将主要部件如主传动系统、双馈式发电机、变流系统和升压系统集中布置在舱体内部，相比现有技术，极大的减短了发电机和变流系统之间的电缆长度，极大的减少了电损；本实施例的升压系统设置在舱体内部，也避免了出现额外征地的需求和避免了额外的防火、防盗、防叶片落冰砸坏的风险，极大的降低了后期的维护成本。

所述电缆三采用35kv电缆，电缆三的一端与升压系统6的高压侧联接，通过35kv电缆实现35kV电能输出，其具体输出路径为：电缆三的另外一端顺经舱体1和偏航系统19至塔架马鞍桥处并通往塔底高压开关柜后并入集电线路，实现35kV电能输出。本实施例中的变流系统和升压系统都安装在舱体内，升压系统高压侧电缆输出35kV电压，解决了电缆电损自耗电随着塔架增高而增大的问题；另外，升压系统高压侧采用一根35kV电缆联接实现电能输出，可替代原有多根690V电缆，解决了由于风电机组单机容量增大后690V输出电缆根数越来越多导致扭缆和解缆困难的问题。

如图1和图2所示，在舱体1内还设置有机架系统，所述机架系统包括前机架7和后机架8，从前机架7到后机架8由从上往下的方向呈倾斜状态设置。在前机架7和后机架8上设置有多个减重孔9。

主传动系统2通过主轴轴承座和齿轮箱轴承座（图中未示出）固定在前机架7上，双馈式发电机3设置在后机架8上，在本实施例中，在双馈式发电机3和后机架8之间还设置有多个发电机弹性支撑10，双馈式发电机3通过多个发电机弹性支撑10固定连接在后机架8上。发电机弹性支承能降低系统的振动量级，减少零部件和发电机的共振问题，也能在起接连和支承作用的同时，起到吸振和缓冲作用，防止振动传递到下一个相连的部件。

变流系统5也设置在后机架8上，在本实施例中，在变流系统5的柜体的底部处设置有多个柜体底部弹性支撑11，在变流系统5的柜体的背部处设置有多个柜体背部弹性支撑12，变流系统5通过柜体底部弹性支撑13和柜体背部弹性支撑14固定在机架系统1的后机架11和舱体上。

在机舱内且位于后机架8处还设置有变压器底座13，在机舱内还设置有尾立杆14，升压系统6的底部连接在变压器底座13上，升压系统6的顶部连接在尾立杆14上。在升压系统6的底部处设置有多个变压器底部弹性支撑15，升压系统6的底部通过多个变压器底部弹性支撑15连接在变压器底座13上。如图3所示，在升压系统6的顶部处设置有变压器连杆16和变压器顶部弹性支撑17，变压器连杆16的一端铰接在升压系统6的顶部上，压器连杆16的另外一端通过变压器顶部弹性支撑17连接在尾立杆14上，一个变压器连杆16和一个变压器顶部弹性支撑17形成一组弹性连接结构，升压系统6的顶部通过多组弹性连接结构连接在尾立杆14上。在本实施例中，尾立杆14呈倾斜状态设置。

如图1所示，在舱体1内且位于变流系统5处还安装有主控系统18，主控系统18与所述主传动系统2、双馈式发电机3、变流系统5和升压系统6电连接。

如图2所示，在风电机组塔架（图中未示出）的顶端上固定安装有偏航系统19，舱体1通过前机架7与偏航系统19联接。当风速矢量的方向变化时，通过偏航系统能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。

全集成式风电机组机舱还包括机舱罩20，机舱罩20固定连接在舱体1上，并将上述主传动系统2、联轴器4、双馈式发电机3、变流系统5、主控系统18、升压系统6和偏航系统19等部件包裹在内。

综上，本发明将主要部件如主传动系统、双馈式发电机、变流系统和升压系统集中布置在舱体内部，相比现有技术，极大的减短了发电机和变流系统之间的电缆长度，极大的减少了电损；本发明的升压系统设置在舱体内部，也避免了出现额外征地的需求和避免了额外的防火、防盗、防叶片落冰砸坏的风险，极大的降低了后期的维护成本。本发明采用一根35kV电缆联接实现电能输出，可替代原有多根690V电缆，解决了由于风电机组单机容量增大后690V输出电缆根数越来越多导致扭缆和解缆困难的问题。

本实施例中所述的“多个”即指“两个或两个以上”的数量。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (6)

1.一种适用于分散式风力发电机组的全集成式风电机组机舱，包括设置在舱体内的主传动系统和双馈式发电机，所述主传动系统和双馈式发电机之间通过联轴器联接，其特征在于：所述全集成式风电机组机舱还包括设置在舱体内的变流系统和升压系统，所述双馈式发电机和变流系统之间通过电缆一联接，变流系统和升压系统之间通过电缆二联接，电缆三与升压系统联接，通过电缆三实现电能输出；所述主传动系统、双馈式发电机、变流系统和升压系统沿舱体的长度方向依次设置在舱体的内部，升压系统位于舱体尾部的一端端部处；

在舱体内还设置有机架系统，所述机架系统包括前机架和后机架；主传动系统通过轴承座固定在前机架上，双馈式发电机设置在后机架上；

在机舱内且位于后机架处还设置有变压器底座，在机舱内还设置有尾立杆，升压系统的底部连接在变压器底座上，升压系统的顶部连接在尾立杆上；

在升压系统的底部处设置有多个变压器底部弹性支撑，升压系统的底部通过多个变压器底部弹性支撑连接在变压器底座上；在升压系统的顶部处设置有变压器连杆和变压器顶部弹性支撑，变压器连杆的一端铰接在升压系统的顶部上，压器连杆的另外一端通过变压器顶部弹性支撑连接在尾立杆上，尾立杆呈倾斜状态设置。

2.根据权利要求1所述的全集成式风电机组机舱，其特征在于：所述电缆三采用35kv电缆，电缆三的一端与升压系统的高压侧联接，电缆三的另外一端并入集电线路，实现35kV电能输出。

3.根据权利要求1所述的全集成式风电机组机舱，其特征在于：在舱体内且位于变流系统处还安装有主控系统，主控系统与所述主传动系统、双馈式发电机、变流系统和升压系统电连接。

4.根据权利要求1所述的全集成式风电机组机舱，其特征在于：在双馈式发电机和后机架之间还设置有多个发电机弹性支撑，双馈式发电机通过多个发电机弹性支撑固定连接在后机架上。

5.根据权利要求1所述的全集成式风电机组机舱，其特征在于：变流系统也设置在后机架上，在变流系统的柜体的底部处设置有多个柜体底部弹性支撑，在变流系统的柜体的背部处设置有多个柜体背部弹性支撑，变流系统通过柜体底部弹性支撑和柜体背部弹性支撑固定在机架系统的后机架和舱体上。

6.根据权利要求1所述的全集成式风电机组机舱，其特征在于：在风电机组塔架的顶端上固定安装有偏航系统，舱体通过前机架与偏航系统联接。

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