CN218934610U - 一种风力发电机系统架构和风力发电机 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种风力发电机系统架构和风力发电机，所述系统架构包括风力发电机机舱、风力发电机塔基、电机和变流器：所述电机位于所述风力发电机机舱中，用于将接收到的风能转换为电能；所述变流器位于所述风力发电机塔基中，用于接收所述电机产生的电能并进行转换，所述风力发电机塔基和所述风力发电机机舱属于同一风力发电机。由于本申请将原本处于风力发电机机舱中的变流器转移到了风力发电机塔基中，而风力发电机塔基中通常不存在易燃物，因此降低了风力发电机的起火风险，提高了风力发电机的运行安全性。

Description

一种风力发电机系统架构和风力发电机

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风力发电机系统架构和风力发电机。

背景技术

风力发电是新能源发电中的主要发电方式之一，其目的在于将环境中的风能转换为电能输送到电网中传输给各种用电方。

在相关技术中，风力发电机系统架构中包括位于风力发电机机舱的电机和变流器，电机用于将通过风力发电机桨叶接收的风能转换为电能，变流器用于将电机输出的电能进行转换并输送至电网。

然而，由于风力发电机的机舱中存在多种易燃物，变流器在运行过程中容易出现高热、打火问题，因此相关技术中的风力发电机系统架构容易出现起火故障，风力发电机系统架构安全性低。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种风力发电机系统架构，可以有效提高风力发电机运行的安全性。

本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例公开了一种风力发电机系统架构，所述系统架构包括风力发电机机舱、风力发电机塔基、电机和变流器：

所述电机位于所述风力发电机机舱中，用于将接收到的风能转换为电能；

所述变流器位于所述风力发电机塔基中，用于接收所述电机产生的电能并进行转换，所述风力发电机塔基和所述风力发电机机舱属于同一风力发电机。

在一种可能的实现方式中，所述电机通过两段连续的电缆与所述变流器连接，第一段电缆的第一端与所述电机连接，所述第一段电缆的第二端在电缆连接点与第二段电缆的第一端连接，所述第一段电缆的电缆长度大于所述电机与所述电缆连接点之间的距离，所述第二段电缆的第二端与所述变流器连接。

在一种可能的实现方式中，所述第一段电缆为铜电缆，所述第二段电缆为铝电缆。

在一种可能的实现方式中，所述风力发电机机舱中不存在所述电机对应的电机开关，所述电机对应的电机开关位于所述风力发电机塔基中。

在一种可能的实现方式中，所述变流器位于变流器柜中，所述第二段电缆包括发电机定子电缆和发电子转子电缆，所述发电机转子电缆通过电缆固定夹固定在所述变流器柜的顶部。

在一种可能的实现方式中，所述第二段电缆包括三根发电机转子电缆，所述电缆固定夹包括电缆固定部分和固定夹固定部分，所述电缆固定部分用于将所述三个发电机转子电缆呈品字状固定，所述固定夹固定部分用于固定所述电缆固定夹。

在一种可能的实现方式中，所述变流器连接有电网电缆，所述电网电缆用于将所述变流器输出的电能传输至电网。

在一种可能的实现方式中，所述变流器柜位于所述风力发电机塔基的12点钟方向，所述变流器柜在所述风力发电机塔基中的安装位置与所述风力发电机塔基中其他设备的安装位置不存在重合部分。

在一种可能的实现方式中，所述电机开关为并网接触器。

在一种可能的实现方式中，所述变流器柜包括第一柜体部分、第二柜体部分和第三柜体部分，所述第一柜体部分用于控制所述变流器的功率，所述第二柜体部分用于执行对所述变流器的控制，所述第三柜体部分用于使所述变流器进行并网连接。

第二方面，本申请实施例公开了一种风力发电机，所述风力发电机包括第一方面中任意一项所述的风力发电机系统架构。

由上述技术方案可以看出，本申请提供了一种风力发电机系统架构，所述系统架构包括风力发电机机舱、风力发电机塔基、电机和变流器：所述电机位于所述风力发电机机舱中，用于将接收到的风能转换为电能；所述变流器位于所述风力发电机塔基中，用于接收所述电机产生的电能并进行转换，所述风力发电机塔基和所述风力发电机机舱属于同一风力发电机。由于本申请将原本处于风力发电机机舱中的变流器转移到了风力发电机塔基中，而风力发电机塔基中通常不存在易燃物，因此降低了风力发电机的起火风险，提高了风力发电机的运行安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图；

图5为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图；

图6为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图；

图7为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图；

图8为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图；

图9为本申请实施例提供的一种Bachmann系统主回路单线图；

图10为本申请实施例提供的一种ABB系统主回路单线图；

图11为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图；

图12为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。

参见图1，图1为本申请实施例提供的一种风力发电机系统架构的示意图，所述系统架构包括风力发电机机舱、风力发电机塔基、电机和变流器，所述电机位于所述风力发电机机舱中，用于将接收到的风能转换为电能，具体的，风能是通过风轮侧的风力发电机桨叶受风力转动来接收的，带动电机转动来产生电能。

所述变流器位于所述风力发电机塔基中，用于接收所述电机产生的电能并进行转换，所述风力发电机塔基和所述风力发电机机舱属于同一风力发电机。由于风力发电机机舱中易燃物较多，而风力发电机塔基中基本不存在易燃物，因此将变流器放在塔基中不容易因变流器漏电、高热、打火等问题导致风力发电机起火，提高了风力发电机的运行安全性。

由上述技术方案可以看出，本申请提供了一种风力发电机系统架构，所述系统架构包括风力发电机机舱、风力发电机塔基、电机和变流器：所述电机位于所述风力发电机机舱中，用于将接收到的风能转换为电能；所述变流器位于所述风力发电机塔基中，用于接收所述电机产生的电能并进行转换，所述风力发电机塔基和所述风力发电机机舱属于同一风力发电机。由于本申请将原本处于风力发电机机舱中的变流器转移到了风力发电机塔基中，而风力发电机塔基中通常不存在易燃物，因此降低了风力发电机的起火风险，提高了风力发电机的运行安全性。

在一种可能的实现方式中，所述电机可以通过两段连续的电缆与所述变流器连接，第一段电缆的第一端与所述电机连接，所述第一段电缆的第二端在电缆连接点与第二段电缆的第一端连接。可以理解的是，由于风力发电机在运行过程中，为了匹配环境中的风速和风向，风力发电机的机舱可能会发生转动，因此，为了使电缆能够在风力发电机转动时仍然能够稳定的进行电能传输，可以规定所述第一段电缆的电缆长度大于所述电机与所述电缆连接点之间的距离，从而这段多出来的电缆可以保障在风力发电机转动时不会发生电缆断裂的情况。所述第二段电缆的第二端与所述变流器连接。

如图1所示，A点第一段电缆的第一端，B点为电缆连接点，C点为第二段电缆的第二端，第一段电缆的长度超过了A点和B点之间的直线距离，从而提供了可以拉扯第一段电缆的空间。

在一种可能的实现方式中，所述第一段电缆为铜电缆，所述第二段电缆为铝电缆。铜电缆的延展性相对较好，因此在发生电缆拉扯时不容易出现损坏。铝电缆延展性较低，但是造价也相对较低，因此用于做第二段电缆可以降低风力发电机系统架构整体造价。

在一种可能的实现方式中，所述风力发电机机舱中不存在所述电机对应的电机开关，所述电机对应的电机开关位于所述风力发电机塔基中。通过将电机开关转移到塔基中，可以避免由于开关在使用时出现打火等情况，导致风力发电机起火，从而进一步保障运行安全。

在一种可能的实现方式中，所述变流器位于变流器柜中，所述第二段电缆包括发电机定子电缆和发电子转子电缆，所述发电机转子电缆通过电缆固定夹固定在所述变流器柜的顶部。如图2所示。

在一种可能的实现方式中，所述第二段电缆包括三根发电机转子电缆，所述电缆固定夹包括电缆固定部分和固定夹固定部分，所述电缆固定部分用于将所述三个发电机转子电缆呈品字状固定，所述固定夹固定部分用于固定所述电缆固定夹。即，该电缆固定夹可以将三根电缆在横截面上呈三角形的架构进行固定，如图11所示，新增的转子电缆呈品字状被固定，即每个转子电缆都与其它两个转子电缆相邻，这样可以避免穿过导磁闭合回路。电缆固定夹结构如图12所示，电缆固定部分中的孔洞为三个圆柱互相相邻的品字形状，从而可以将三根电缆呈品字状固定。固定夹固定部分具有两个螺丝孔，可以通过两根螺丝将该电缆固定夹固定在某一位置上，例如可以固定在变流器柜体或风力发电机塔筒上。

在一种可能的实现方式中，所述变流器连接有电网电缆，所述电网电缆用于将所述变流器输出的电能传输至电网。

在一种可能的实现方式中，所述变流器柜位于所述风力发电机塔基的12点钟方向，所述变流器柜在所述风力发电机塔基中的安装位置与所述风力发电机塔基中其他设备的安装位置不存在重合部分。如图3所示，图3为风力发电机塔基的俯视图，图中标明了变流器安装位置范围。

在一种可能的实现方式中，所述电机开关为并网接触器。

变流器的额定值如下表所示：

变流器电网适应参数如下表所示：

在一种可能的实现方式中，所述变流器柜包括第一柜体部分、第二柜体部分和第三柜体部分，所述第一柜体部分用于控制所述变流器的功率，所述第二柜体部分用于执行对所述变流器的控制，所述第三柜体部分用于使所述变流器进行并网连接。

变流器的整体外形结构可以如图4所示。变流器由A1柜、A2柜、A3柜三部分组成，其中A1柜-功率柜，A2柜-控制柜，A3柜-并网柜。变流器的结构设计为风冷柜体，柜体结构中带有电气加热控制部分，能够保证在-30℃的环境下进行安全的启动。

变流器工作环境要求如下表所示：

变流器存储根据GB4798.1-2005，IEC60721-3-1电工电子产品应用环境条件储存。避免温湿度的突然变化，若储存仓库的温度变化程度达到变流器表面出现凝露或结冰情况，应通过一个安全、可靠的加热系统来保护设备、以使变流器温度保持在稍高于仓库的温度。如果变流器暴露在低温下的时间较长，那么在达到库房仓库之前，不应打开包装箱，否则将出现凝露。在某些部件上出现水分时，可能导致电气故障。

变流器存储环境如下表所示：

变流柜按模块从塔筒门搬运进塔筒内部后，在塔筒内进行组装，变流柜安装位置如图5所示。变流柜下部网侧电缆接线处需要将平台面板进行切割，尺寸如图3中阴影部分。在平台梁和平台面板和变流柜连接的部分现场打孔固定变流柜。

变流器安装位置确定后，为了确保变流器与塔基控制柜的功能互不干涉，对原塔基控制柜的安装进行重新设计并充分利用原塔基控制柜柜体及柜内的器件，原塔基控制柜移位至塔筒门右侧，请见图6。

塔基控制柜的布置原则如下：

1)新变流器的安装位置不影响现有塔基控制柜柜门的正常开闭或日常维护。

2)塔基控制柜的布置错开吊物孔避免高空坠物造成的人身伤害。

塔基新增变流器后，将原塔基控制柜(TBC100)移位至塔筒门右侧边的位置，重新设计一个控制柜固定支架，在塔基平台打孔将柜体固定支架用螺栓固定在塔基平台上。塔基控制柜安装支架外部做成柜体的外观和原柜体保持美观性一致。在塔基控制柜中增加气熔胶灭火弹，下半部分柜体可收纳光纤盒及进入塔基控制柜的电缆。

原发电机定子电缆保持不变，NCC300柜内拆除定子接触器，定子接触器连接部分用铜排短接，铜排参考定子最大电流(约1200A)确定规格，铜排中间部分用绝缘热缩管防护，防止异物搭接引起短路，铜排连接螺栓长度以高出螺母1-2cm为宜，不宜过长或过短，螺栓连接处不建议进行额外防护，铜排间距满足最小绝缘距离，增加额外防护可能减小爬电距离。为防止异物搭接引起短路可在NCC300柜下方安装防护挡板。

发电机转子侧增加三根铜芯电缆(每相一根)，新增电缆直接接到发电机转子接线盒，沿定子电缆敷设方式至塔底接入变流器。主要路径为：沿发电机转子接线盒(如图1中的A点)至塔筒上端马鞍座处(如图1中B点)；马鞍座处沿塔筒电缆固定夹(图1中B点至C点)敷设至塔基变流器进线处。

电缆规格校验如下表所示：

电缆规格型号如下表所示：

发电机转子电缆由转子接线盒接出后沿定子电缆路径敷设，齿轮箱下方增加电缆网套，塔筒段增加电缆固定夹，电缆由转子接线盒到电缆网套这段的敷设方式需尽量保证三根电缆“品”字型敷设固定，并避免穿过导磁闭合回路。

塔筒段电缆的敷设在原有的每个电缆夹板旁增加电缆固定夹，新增加的3根电缆，通过电缆固定夹进行固定，电缆固定夹则通过螺栓固定在原有的电缆支架上。

新增的转子电缆及原有的电网电缆顺塔壁而下到达塔基平台进行变流器的连接。变流器共有三处外接线缆分别是：电网线缆，定子线缆，转子线缆。电网线缆在塔基切断，将箱变过来的一端重新压接端子，连接至变流器网侧接线铜牌；从塔顶过来一侧的原电网线缆在机舱与发电机定子线缆对接，塔基切断一侧重新压接端子连接至变流器定子接线铜排。由于机组运行时网侧总功率大于定子侧发电功率，因此使用电网线缆作为定子线缆完全可以满足相关电应力与热应力要求。

新增的3根转子电缆从塔筒壁下来之后直接接入变流柜顶部的进线孔，如图2所示。

在机舱NCC300柜内将并网接触器拆除并安装短接铜排，与发电机定子做直接连接，并做好绝缘隔离措施；NCC310柜内器件保持原有功能不变仅做二次回路的优化设计；NCC320柜需将内部设备及元件与电气回路做隔离处理，柜体其他部分不做变动(柜内原变流器保持不变)。动力电缆与控制电缆用绝缘隔板做隔离。

原并网接触器连接的两端铜排及其下方绝缘子为承重连接电缆，拆除并网接触器以及和并网接触器连接的铜排，并重新设计铜排，安装在原并网接触器位置(并网接触器的安装框架不拆除)，如图7所示。这里并网接触器相当于电机开关。

安装铜排的位置上部和前部增加防护绝缘板，用来进行绝缘隔离。采用厚度为2mm的3240环氧树脂玻璃纤维板，中间加工散热透气孔，用螺栓固定在原防护板的安装位置上，如图8所示。

变流器下置后NCC300柜与NCC320柜内原变流器及发电机转子主回路部分断开连接；主回路相关的供电、控制回路拆除；控制器相关I/O接口功能关闭。其中，本申请提供了两种不同系统的回路示意图，Bachmann系统主回路单线图如图9所示，ABB系统主回路单线图如图10所示。

本申请还提供了一种风力发电机，所述风力发电机包括上述任意一项所述的风力发电机系统架构。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备及系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种风力发电机系统架构，其特征在于，所述系统架构包括风力发电机机舱、风力发电机塔基、电机和变流器：

所述电机位于所述风力发电机机舱中，用于将接收到的风能转换为电能；

所述变流器位于所述风力发电机塔基中，用于接收所述电机产生的电能并进行转换，所述风力发电机塔基和所述风力发电机机舱属于同一风力发电机。

2.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述电机通过两段连续的电缆与所述变流器连接，第一段电缆的第一端与所述电机连接，所述第一段电缆的第二端在电缆连接点与第二段电缆的第一端连接，所述第一段电缆的电缆长度大于所述电机与所述电缆连接点之间的距离，所述第二段电缆的第二端与所述变流器连接。

3.根据权利要求2所述的架构，其特征在于，所述第一段电缆为铜电缆，所述第二段电缆为铝电缆。

4.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述风力发电机机舱中不存在所述电机对应的电机开关，所述电机对应的电机开关位于所述风力发电机塔基中。

5.根据权利要求2所述的架构，其特征在于，所述变流器位于变流器柜中，所述第二段电缆包括发电机定子电缆和发电机转子电缆，所述发电机转子电缆通过电缆固定夹固定在所述变流器柜的顶部。

6.根据权利要求5所述的架构，其特征在于，所述第二段电缆包括三根发电机转子电缆，所述电缆固定夹包括电缆固定部分和固定夹固定部分，所述电缆固定部分用于将所述三个发电机转子电缆呈品字状固定，所述固定夹固定部分用于固定所述电缆固定夹。

7.根据权利要求5所述的架构，其特征在于，所述变流器连接有电网电缆，所述电网电缆用于将所述变流器输出的电能传输至电网。

8.根据权利要求5所述的架构，其特征在于，所述变流器柜位于所述风力发电机塔基的12点钟方向，所述变流器柜在所述风力发电机塔基中的安装位置与所述风力发电机塔基中其他设备的安装位置不存在重合部分。

9.根据权利要求4所述的架构，其特征在于，所述电机开关为并网接触器。

10.根据权利要求5所述的架构，其特征在于，所述变流器柜包括第一柜体部分、第二柜体部分和第三柜体部分，所述第一柜体部分用于控制所述变流器的功率，所述第二柜体部分用于执行对所述变流器的控制，所述第三柜体部分用于使所述变流器进行并网连接。

11.一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机包括权利要求1-10中任意一项所述的风力发电机系统架构。

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