CN114687921A - 一种混合驱动型双风轮风力发电机组 - Google Patents

一种混合驱动型双风轮风力发电机组 Download PDF

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秦猛
李铮
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Abstract

本申请提供了一种混合驱动型双风轮风力发电机组，包括：第一发电机、第二发电机、塔筒、前主轴、后主轴、机舱、驱动方式不一致的前风轮和后风轮，以及与后风轮和第二发电机连接的齿轮箱。其中，前风轮通过前主轴与第一发电机连接，后风轮通过后主轴与第二发电机连接。由此，本申请提出的直驱半直驱混合驱动型双风轮风力发电机组在一个风机塔筒上串列式安装前、后两个驱动方式不同的风轮，并将齿轮箱设置于第二发电机与后风轮连接位置，在不增加风力发电机组风轮直径的情况下，增加机组功率。同时，采用两台完全独立的发电机，可以实现前后风轮发电系统电气控制完全解耦，提升前后风轮转速转矩协同控制的性能，进而提高机组的发电效率。

Description

一种混合驱动型双风轮风力发电机组
技术领域
本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种混合驱动型双风轮风力发电机组。
背景技术
随着风力发电技术的发展，已有风力发电机组的风轮直径越来越大，机组容量也越来越大，这样一来，风力发电技术的开发难度也大幅增加，特别地，更大容量的风电机组的发展受到了更多的限制。
然而，相关技术中，尚没有完善的双风轮风力发电机组设计以突破上述限制。因此，如何大幅度提升双风轮风电机组容量，并提高双风轮风力发电机组的发电效率，已成为了亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种混合驱动型双风轮风力发电机组，在不增加风力发电机组风轮直径的情况下，增加了机组功率，降低了风力发电机组度电成本，提高了风能的利用率。同时，利用两台完全独立的发电机，可以实现前后风轮发电系统电气控制完全解耦，提升前后风轮转速转矩协同控制的性能，使机组整体效率达到较高水平。
根据本申请的第一方面，提供了一种混合驱动型双风轮风力发电机组，包括：第一发电机、第二发电机、塔筒、前主轴、后主轴、机舱、驱动方式不一致的前风轮和后风轮，以及与所述后风轮和所述第二发电机连接的齿轮箱；其中，所述前风轮通过所述前主轴与所述第一发电机连接，所述后风轮通过所述后主轴与所述第二发电机连接；所述前主轴与所述第一发电机、所述后主轴与所述第二发电机均安装于所述机舱内，所述机舱固定于所述塔筒上方；其中，所述前风轮和所述后风轮之间的连接方式为串列式，所述前风轮的旋转方向与所述后风轮的旋转方向相同或者相反。
另外，根据本申请上述实施例的一种混合驱动型双风轮风力发电机组，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本申请的一个实施例，所述前风轮的驱动方式为直接驱动，所述后风轮的驱动方式为半直接驱动。
根据本申请的一个实施例，所述前风轮通过所述前主轴与所述第一发电机的转子连接，所述后风轮通过所述后主轴与所述第二发电机的转子连接。
根据本申请的一个实施例，所述前主轴通过前主轴承固定于前主轴承座上，所述后主轴通过后主轴承固定于后主轴承座上。
根据本申请的一个实施例，所述齿轮箱分别与所述后风轮和所述第二发电机的转子连接。
根据本申请的一个实施例，所述齿轮箱，包括：低速齿和高速齿；其中，所述后风轮通过所述后主轴与所述齿轮箱的所述低速齿连接，所述齿轮箱的所述高速齿与所述第二发电机的所述转子连接。
根据本申请的一个实施例，所述前风轮和所述后风轮共用机组的偏航系统，所述前风轮单独使用第一变桨系统，所述后风轮单独使用第二变桨系统。
根据本申请的一个实施例，所述混合驱动型双风轮风力发电机组，还包括：风向仪；其中，所述风向仪安装于所述机舱上的目标区域内。
根据本申请的一个实施例，所述目标区域为所述机舱的上侧的中心位置。
根据本申请的一个实施例，所述目标区域根据所述混合驱动型双风轮风力发电机组的属性信息确定。
根据本申请的第二方面，还提供了一种发电并网系统，包括第一方面所述的混合驱动型双风轮风力发电机组、第一变流单元和第二变流单元；其中，所述第一变流单元与所述混合驱动型双风轮风力发电机组的第一发电机连接，所述第二变流单元与所述混合驱动型双风轮风力发电机组的第二发电机连接；其中，所述发电并网系统为两个独立并网变流器，或者，所述第一变流单元和所述第二变流单元为双输入端口的并网变流器，
其中，所述双输入端口的并网变流器具有单输出端口；或者，所述双输入端口的并网变流器具有双输出端口。
另外，根据本申请上述实施例的一种发电并网系统，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本申请的一个实施例，所述发电并网系统的输出端与所述升压变压器的输入端连接，所述升压变压器的输出端与电网系统连接；其中，所述升压变压器为双分裂变压器或三相变压器。
本申请实施例提供的技术方案至少包括如下有益效果：
本申请提出的混合驱动型双风轮风力发电机组，在一个风机塔筒上串列式布置安装前、后两个驱动方式不同的风轮，并将齿轮箱设置于第二发电机与后风轮连接位置，在不增加风力发电机组风轮直径的情况下，增加机组功率。同时，利用两台完全独立的发电机，可以实现前后风轮发电系统电气控制完全解耦，提升前后风轮转速转矩协同控制的性能，使机组整体效率达到较高水平。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：
图1为本申请实施例提供的一种混合驱动型双风轮风力发电机组的示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种混合驱动型双风轮风力发电机组的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种发电并网系统的示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种发电并网系统的示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种发电并网系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
下面采用实施例对本申请的混合驱动型双风轮风力发电机组和发电并网系统进行详细说明。
需要说明的是，相关技术中，双风轮风力发电机组均采用前后相同的双直接驱动型或双半直接驱动型，对于当前的双半直接驱动双风轮风力发电机组，由于增加了前后风轮齿轮箱，不仅降低了机组效率，而且使得机舱体积较大，增加了机组维护难度和维护成本，而对于双直接驱动型式的双风轮风力发电机组，存在双转子发电机体积过大，加工制造难度大，安装运输装配不方便，散热困难等不足。
进一步地，双风轮风力发电机组中采用双转子发电机虽然具有多种优势，例如，可以实现电气解耦，但是双转子发电机加工制造以及维护的难度大，对于前、后风轮同轴度的要求较高。
由此，本申请提出一种混合驱动型串列双风轮风电机组，在不增加机组风轮直径的情况下增加机组功率；采用两个独立的发电机降低了发电机的加工制造难度，也没有了对前、后风轮同轴度的要求，便于机组安装与维护，而且可以以提高前后风轮转速转矩协同控制的性能，使机组整体效率达到较高水平。
图1为本申请实施例提供的混合驱动型双风轮风力发电机组的结构示意图。
如图1所示，本实施例中的混合驱动型双风轮风力发电机组1000，包括：第一发电机100、第二发电机200、塔筒300、前主轴401、后主轴402、驱动方式不一致的前风轮500和后风轮600以及与后风轮和第二发电机200连接的齿轮箱700、机舱800。
其中，第一发电机100和第一发电机200为两个相互独立的发电机。
其中，前风轮500通过前主轴401与第一发电机100连接，后风轮600通过后主轴402与第二发电机200连接，前主轴401与第一发电机100、后主轴与402与第二发电机200均安装于机舱800内，机舱800固定于塔筒300上方，其中，前风轮500和后风轮600之间的连接方式为串列式。
其中，驱动方式，指的是驱动机器的方式，例如，可以为直接驱动(Direct Drive，简称直驱)、半直接驱动(简称半直驱)等方式。
需要说明的是，本申请提出的混合驱动型双风轮风力发电机组，前风轮和后风轮的驱动方式不一致。
可选地，可以设定前风轮的驱动方式为直接驱动，后风轮的驱动方式为半直接驱动。
其中，直接驱动，指的是新型的电机直接和运动执行部分结合，即电机直接驱动机器运转，没有中间的机械传动环节的驱动方式。
其中，半直接驱动，指的是风轮带动齿轮箱来驱动电机发电的驱动方式。
需要说明的是，本申请中对前风轮500和后风轮600的划分方式不作限定，可以根据实际情况进行选取。
可选地，可以根据风向对前风轮500和后风轮600进行划分，将上风向划分为前风轮500、下风向划分为后风轮600。其中，风先吹到的地方位于上风向，后吹到的位于下风向。
需要说明的是，本申请对于混合驱动型双风轮风力发电机组1000的前风轮400和后风轮500的旋转方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。
可选地，可以设定前风轮与后风轮的旋转方式为同方向；可选地，也可以设定前风轮与后风轮的旋转方式为反方向。
其中，齿轮箱700，可以为将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速的机械部件。
需要说明的是，本申请对于齿轮箱700的类型不作限定，可以根据实际情况进行选取。
可选地，齿轮箱700可以为增速齿轮箱，进一步地，本申请中对于增速齿轮箱的多级齿轮的具体选型不作限定，例如，可以设定齿轮箱700为包括一级行星齿轮和二级平行齿轮的增速齿轮箱。
需要说明的是，本申请中，前风轮500通过前主轴401与第一发电机100相连接，
省去了齿轮箱，提高了机组发电效率。
进一步地，后风轮600通过齿轮箱700与第二发电机200相连接。需要说明的是，将齿轮箱700设置于与后风轮600连接位置，提高了第二发电机200的转速，减小了第二发电机200的体积和重量。
本申请提供了一种混合驱动型双风轮风力发电机组，第一发电机、第二发电机、塔筒、前主轴、后主轴、机舱、驱动方式不一致的前风轮和后风轮，以及与后风轮和第二发电机连接的齿轮箱，其中，前风轮通过前主轴与第一发电机连接，后风轮通过后主轴与第二发电机连接，前主轴与第一发电机、后主轴与第二发电机均安装于机舱内，机舱固定于塔筒上方，其中，前风轮和后风轮之间的连接方式为串列式。由此，本申请提出的混合驱动型双风轮风力发电机组在一个风机塔筒上串列式安装前、后两个驱动方式不同的风轮，并将齿轮箱设置于与后风轮连接位置，以减小所述第二发电机的体积和重量，并在不增加风力发电机组风轮直径的情况下，增加了机组功率。利用两台完全独立的发电机，可以实现前后风轮发电系统电气控制完全解耦，提升前后风轮转速转矩协同控制的性能，，使机组整体效率达到较高水平。
需要说明的是，本申请中对前风轮500和后风轮600的具体驱动方式不作限定，可以在限制前风轮500和后风轮600的驱动方式不一致的基础上，根据实际情况选取具体方式。
在一些实施例中，可以设定前风轮的驱动方式为直接驱动，后风轮的驱动方式为半直接驱动。
其中，前风轮500通过前主轴401与第一发电机100的转子连接，后风轮600通过后主轴402与第二发电机200的转子连接。
在一些实施例中，如图2所示，前主轴401可以包括前主轴承401-1和前主轴承座401-2，后主轴402可以包括后主轴承402-1和后主轴承座402-2。
其中，前主轴401通过前主轴承401-1固定于前主轴承座401-2上，后主轴402通过后主轴承402-1固定于后主轴承座402-2上。
在一些实施例中，齿轮箱700分别与后风轮600和第二发电机200的转子连接。
在一些实施例中，如图2所示，齿轮箱700，包括：低速齿和高速齿；其中，后风轮600通过后主轴402与齿轮箱700的低速齿连接，齿轮箱700的高速齿与第二发电机200的转子连接。
其中，低速齿，指的是齿轮箱700的齿中扭矩最小的齿；高速齿，指的是齿轮箱700的齿中扭矩最大的齿。
本申请实施例中，前风轮500通过前主轴401与第一发电机100的转子相连接，前风轮500转动带动第一发电机100的转子，后风轮600通过后主轴402与齿轮箱700的低速齿连接，齿轮箱700的高速齿与第二发电机200的转子相连接。
在本申请实施例中，双风轮发电机组采用前、后风轮两台完全独立的发电机(第一发电机100和第二发电机200)，可以实现前后风轮发电系统电气控制的完全解耦，提升前后风轮转速转矩协同控制的性能；并且降低了发电机加工制造过程中的难度，没有了对前、后风轮、发电机同轴度的要求，从而降低了机组制造成本以及后期的维护难度，方便机组的制造、运输、安装及维护，高效且经济地实现了前风轮500和后风轮600转速的协同控制。
进一步地，本申请实施例中，前后风轮共用机组的偏航系统，分别具备各自独立的变桨系统。
在一些实施例中，前风轮和后风轮共用机组的偏航系统，前风轮单独使用第一变桨系统，后风轮单独使用第二变桨系统。
在一些实施例中，混合驱动型双风轮风力发电机组1000，还包括：风向仪900；其中，风向仪900安装于机舱800上的目标区域内。
需要说明的是，本申请对于目标区域的设置不作限定，可以根据实际情况进行选取。
可选地，目标区域可以设定为机舱的上侧的中心位置。
可选地，目标区域可以根据混合驱动型双风轮风力发电机组1000的属性信息确定。其中，属性信息可以根据实际情况进行设定。例如，可以设定属性信息至少包括混合驱动型双风轮风力发电机组1000中任一部件的体积、重量、形状等信息。
本申请提供了一种混合驱动型双风轮风力发电机组，双风轮发电机组采用前后风轮两台完全独立的发电机(第一发电机和第二发电机)，可以从结构、电气实现完全隔离，并且不产生电磁联系，实现电气控制完全解耦，从而降低了发电机加工制造过程中的难度以及对前、后风轮、发电机同轴度的要求，从而降低了构造成本以及后期的维护难度，高效且经济地实现前风轮和后风轮转速的协同控制。
图3为本申请实施例提供的发电并网系统的结构示意图。
如图3所示，本实施例中的发电并网系统2000，包括：混合驱动型双风轮风力发电机组1000、第一变流单元201和第二变流单元202。
其中，第一变流单元201与混合驱动型双风轮风力发电机组1000的第一发电机100连接，第二变流单元202与混合驱动型双风轮风力发电机组1000的第二发电机200的连接。
也就是说，本申请中，第一变流单元201和第二变流单元202分别与第一发电机100和第二发电机200的定子连接。
由此，本申请提供了一种发电并网系统，包括：混合驱动型双风轮风力发电机组、第一变流单元和第二变流单元组成，其中，第一变流单元与混合驱动型双风轮风力发电机组的第一发电机的定子连接，第二变流单元与混合驱动型双风轮风力发电机组的第二发电机的定子连接，从而通过发电并网系统可以对两台电机实施稳定可靠性的独立控制，提高了混合驱动型双风轮风力发电机组的风能利用率及机组整体运行效率。
其中，发电并网系统2000为两个独立并网变流器，或者，第一变流单元201和第二变流单元202为双输入端口的并网变流器，其中，双输入端口的并网变流器具有单输出端口；或者，双输入端口的并网变流器具有双输出端口。
其中，变流器，指的是使电源系统的电压、频率和其他电气信号或特性发生变化的电器设备。
在一些实施例中，如图4～5所示，发电并网系统2000，还包括：升压变压器901。
其中，发电并网系统2000的输出端与升压变压器901的输入端连接，升压变压器901的输出端与电网系统连接，其中，升压变压器901可以是双分裂变压器，也可以是三相变压器。
其中，升压变压器901，指的是将低交流电压、大电流相应变换为高交流电压、小电流的设备。
其中，双分裂变压器，指的是由两个低压绕组的分裂变压器组成的变压器。
其中，三相变压器，指的是三个相同容量的单相变压器的组合。
本申请提供了一种发电并网系统，还包括升压变压器，可选地，发电并网系统的输出端与升压变压器的输入端连接，升压变压器的输出端与电网系统连接，从而在不增加风力发电机组风轮直径的情况下，增加了机组功率，降低了风力发电机组度电成本，并且可以在结构、电磁、控制上实现完全解耦，从而实现两风轮转速协同控制，提高了风能的利用率，使机组整体效率达到较高水平，并提高了发电并网系统运行过程中的稳定性和可靠性。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (12)

1.一种混合驱动型双风轮风力发电机组，其特征在于，包括：第一发电机、第二发电机、塔筒、前主轴、后主轴、机舱、驱动方式不一致的前风轮和后风轮，以及与所述后风轮和所述第二发电机连接的齿轮箱；其中，
所述前风轮通过所述前主轴与所述第一发电机连接，所述后风轮通过所述后主轴与所述第二发电机连接；所述前主轴与所述第一发电机、所述后主轴与所述第二发电机均安装于所述机舱内，所述机舱固定于所述塔筒上方；其中，所述前风轮和所述后风轮之间的连接方式为串列式，所述前风轮的旋转方向与所述后风轮的旋转方向相同或者相反。
2.根据权利要求1所述的混合驱动型双风轮风力发电机组，其中，所述前风轮的驱动方式为直接驱动，所述后风轮的驱动方式为半直接驱动。
3.根据权利要求1所述的混合驱动型双风轮风力发电机组，其中，所述前风轮通过所述前主轴与所述第一发电机的转子连接，所述后风轮通过所述后主轴与所述第二发电机的转子连接。
4.根据权利要求3所述的混合驱动型双风轮风力发电机组，其中，所述前主轴通过前主轴承固定于前主轴承座上，所述后主轴通过后主轴承固定于后主轴承座上。
5.根据权利要求3所述的混合驱动型双风轮风力发电机组，其中，所述齿轮箱分别与所述后风轮和所述第二发电机的转子连接。
6.根据权利要求5所述的混合驱动型双风轮风力发电机组，其中，所述齿轮箱，包括：低速齿和高速齿；其中，
所述后风轮通过所述后主轴与所述齿轮箱的所述低速齿连接，所述齿轮箱的所述高速齿与所述第二发电机的所述转子连接。
7.根据权利要求1所述的混合驱动型双风轮风力发电机组，其中，所述前风轮和所述后风轮共用机组的偏航系统，所述前风轮单独使用第一变桨系统，所述后风轮单独使用第二变桨系统。
8.根据权利要求1所述的混合驱动型双风轮风力发电机组，其中，还包括：风向仪；其中，所述风向仪安装于所述机舱上的目标区域内。
9.根据权利要求8所述的混合驱动型双风轮风力发电机组，其中，所述目标区域为所述机舱的上侧的中心位置。
10.根据权利要求8所述的混合驱动型双风轮风力发电机组，其中，所述目标区域根据所述混合驱动型双风轮风力发电机组的属性信息确定。
11.一种发电并网系统，其特征在于，包括：如权利要求1-10中任一项所述的混合驱动型双风轮风力发电机组、第一变流单元和第二变流单元；其中，
所述第一变流单元与所述混合驱动型双风轮风力发电机组的第一发电机连接，所述第二变流单元与所述混合驱动型双风轮风力发电机组的第二发电机连接；
其中，所述发电并网系统为两个独立并网变流器，或者，所述第一变流单元和所述第二变流单元为双输入端口的并网变流器，其中，所述双输入端口的并网变流器具有单输出端口；或者，所述双输入端口的并网变流器具有双输出端口。
12.根据权利要求11所述的发电并网系统，其中，还包括：升压变压器；其中，
所述发电并网系统的输出端与所述升压变压器的输入端连接，所述升压变压器的输出端与电网系统连接；其中，所述升压变压器为双分裂变压器或三相变压器。
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