專利名稱：并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，具體說就是一種并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變 槳變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
(二)
背景技術(shù)：
風(fēng)能是人類最早使用的能源之一，遠(yuǎn)在公元前2000年，埃及、 波斯等國己出現(xiàn)帆船和風(fēng)磨，中世紀(jì)荷蘭與美國已有用于排灌的水平 軸風(fēng)車。我國是世界上最早利用風(fēng)能的國家之一，早在距今1800年 前，我國就有風(fēng)力提水的記載。1890年丹麥的P，拉庫爾研制成功了 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，1908年丹麥己建成幾百個小型風(fēng)力發(fā)電站。自二十世 紀(jì)初至二十世紀(jì)六十年代末， 一些國家對風(fēng)能資源的開發(fā)，尚處于小 規(guī)模的利用階段。隨著大型水電、火電機(jī)組的采用和電力系統(tǒng)的發(fā)展， 1970年以前研制的中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因造價高和可靠性差而逐 漸被淘汰，到二十世紀(jì)六十年代末相繼都停止了運(yùn)轉(zhuǎn)。這一階段的試 驗(yàn)研究表明，這些中、大型機(jī)組一般在技術(shù)上還是可行的，它為二十 世紀(jì)七十年代后期的大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1980年以來，國際上風(fēng)力 發(fā)電機(jī)技術(shù)日益走向商業(yè)化。主要機(jī)組容量有300kW、 600kW、 750kW、 850kW、 1MW、 2MW。 1991年丹麥在Vindeby建成了世界上第一個海上 風(fēng)電場，由11臺丹麥Bonus 450kW單機(jī)組成，總裝機(jī)4. 95MW。隨后 荷蘭、瑞典、英國相繼建成了自己的海上風(fēng)電場。
目前，我國并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要有兩種機(jī)型 一種是直驅(qū)型； 另一種是雙饋型.直驅(qū)型風(fēng)機(jī)有著較好的可維護(hù)性，但是直驅(qū)型的電 機(jī)級數(shù)多，質(zhì)量大，存在著整機(jī)機(jī)艙過重，載荷條件差，安裝、運(yùn)輸 困難等一些不便因素。雙饋型同時又有齒輪箱故障率高，維護(hù)成本大 的不足。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種針對目前我國流行的直驅(qū)型和雙饋 型兩種機(jī)型開發(fā)的一種并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是由葉輪系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、支撐
4系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成的，葉輪系統(tǒng) 直接與傳動系統(tǒng)的增速箱行星架法蘭相連接，葉輪系統(tǒng)包括三片葉 片、輪轂和變槳控制單元，傳動系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)定子外殼和增速箱內(nèi)齒 圈外殼分別以前法蘭和后法蘭的方式固定在支撐系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)支架上， 發(fā)電機(jī)為同步永磁發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，內(nèi)轉(zhuǎn)子前軸與齒輪 箱輸出軸用外花鍵聯(lián)接，后軸伸出端安裝剎車盤，增速箱和發(fā)電機(jī)空 心軸孔穿過滑環(huán)電纜，支撐系統(tǒng)中除回轉(zhuǎn)支架用于支撐傳動系統(tǒng)外， 還有底架用于支撐電氣系統(tǒng)的控制柜、電纜、溫控系統(tǒng)的溫控柜及管 路。
本發(fā)明還有以下技術(shù)特征
(1) 所述的支撐系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)支架其結(jié)構(gòu)前立面與豎直方向成 4°夾角，有雙側(cè)立面法蘭和底部法蘭，內(nèi)部法蘭安裝發(fā)電機(jī)，外部 法蘭安裝增速箱，構(gòu)成傳動系統(tǒng)，使安裝在增速箱行星架上的葉輪與 傳動系統(tǒng)處于一條直線，且與水平方向成4。夾角，底部法蘭安裝在 偏航軸承內(nèi)圈上。
(2) 所述的葉輪系統(tǒng)直接與傳動系統(tǒng)中的增速箱行星架連接， 增速箱輸出端太陽輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子用花鍵套連接，增速箱與發(fā)電機(jī)中 心有一根空心軸連接，發(fā)電機(jī)空心軸輸出端連接導(dǎo)電滑環(huán)轉(zhuǎn)子，滑環(huán) 定子通過滑環(huán)支架固定在發(fā)電機(jī)定子外殼上，滑環(huán)電纜穿過空心軸 孔。
(3) 所述的偏航系統(tǒng)包括偏航電動機(jī)、偏航減速機(jī)、偏航軸承、
偏航閘和偏航制動盤，偏航軸承外圈與塔筒連接，內(nèi)圈與回轉(zhuǎn)支架連 接，偏航減速機(jī)固定在回轉(zhuǎn)支架上，其輸出齒輪與軸承外圈外齒嚙合， 偏航電動機(jī)連接偏航減速機(jī)齒輪，偏航閘固定在回轉(zhuǎn)支架上，偏航制 動盤固定在軸承外圈和塔筒之間。
(4) 所述的變槳控制單元包括變槳驅(qū)動裝置和變槳控制系統(tǒng)，
變槳驅(qū)動裝置由變槳電機(jī)及變槳減速機(jī)組成，其中變槳軸承外圈與輪 轂固定連接，軸承內(nèi)圈與葉片連接，變槳減速機(jī)與輪轂連接，其輸出 齒輪與軸承內(nèi)圈內(nèi)齒嚙合，變槳控制系統(tǒng)位于輪轂內(nèi)部。
(5) 所述的電氣系統(tǒng)由塔頂柜、塔底柜、系統(tǒng)控制單元和電纜 組成，塔頂柜、塔底柜分別與系統(tǒng)控制單元和電纜連接。本發(fā)明采用一級行星齒輪箱和低速永磁發(fā)電機(jī)，最大限度的提高 了系統(tǒng)可靠性和風(fēng)能利用率。釆用成熟的一級行星齒輪箱和低速永磁 同步發(fā)電機(jī)，是半直驅(qū)技術(shù)的核心部分，它結(jié)合了直驅(qū)技術(shù)和雙饋技 術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，單級齒輪箱的較低增速比，避免了多級齒輪箱中高速級的諸多風(fēng)險；低速永磁同步發(fā)電機(jī)體積較小、結(jié)構(gòu)簡單，確保了整個風(fēng) 機(jī)的可靠性。單級行星齒輪箱和低速永磁同步發(fā)電機(jī)組成的傳動鏈， 中間環(huán)節(jié)小、機(jī)械傳動損失小；配合全功率變頻器，調(diào)速范圍很寬， 可滿足風(fēng)機(jī)各風(fēng)速條件下輪轂最佳轉(zhuǎn)速的要求，可使葉片始終處于最 佳葉尖速比的運(yùn)行條件下。采用雙側(cè)IGBT全功率液冷四象限變頻器， 轉(zhuǎn)換效率高，并網(wǎng)時功率輸出平滑；配合內(nèi)部的濾波器，諧波畸變?。?并能根據(jù)用戶要求進(jìn)行無功補(bǔ)償，可以滿足最新的電網(wǎng)低電壓穿越要 求，適合各種電網(wǎng)規(guī)范。本發(fā)明并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速恒頻風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組，維護(hù)項(xiàng)目少、維護(hù)成本低、無需特殊吊裝設(shè)備、對維護(hù)人 員沒有特殊要求，機(jī)組有充裕的空間滿足維護(hù)和人機(jī)工程學(xué)要求，所 有部件具有最佳的可維護(hù)性。(四)


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)正視圖； 圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖； 圖3為圖2中A-A視圖，即偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明的回轉(zhuǎn)支架正視圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:結(jié)合圖l一圖4，本發(fā)明并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速 恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，它是由葉輪系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、偏航系 統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成的，葉輪系統(tǒng)直接與傳動系 統(tǒng)的增速箱行星架法蘭相連接，葉輪系統(tǒng)包括三片葉片、輪轂和變槳 控制單元，傳動系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)定子外殼和增速箱內(nèi)齒圈外殼分別以前法蘭和后法蘭的方式固定在支撐系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)支架上，發(fā)電機(jī)為同步永 磁發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，內(nèi)轉(zhuǎn)子前軸與齒輪箱輸出軸用外花 鍵聯(lián)接，后軸伸出端安裝剎車盤，增速箱和發(fā)電機(jī)空心軸孔穿過滑環(huán) 電纜，支撐系統(tǒng)中除回轉(zhuǎn)支架用于支撐傳動系統(tǒng)外，還有底架用于支撐電氣系統(tǒng)的控制柜、電纜、溫控系統(tǒng)的溫控柜及管路。 本發(fā)明還有以下技術(shù)特征(1) 所述的支撐系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)支架其結(jié)構(gòu)前立面與豎直方向成 4°夾角，有雙側(cè)立面法蘭和底部法蘭，內(nèi)部法蘭安裝發(fā)電機(jī)，外部 法蘭安裝增速箱，構(gòu)成傳動系統(tǒng)，使安裝在增速箱行星架上的葉輪與 傳動系統(tǒng)處于一條直線，且與水平方向成4°夾角，底部法蘭安裝在 偏航軸承內(nèi)圈上。(2) 所述的葉輪系統(tǒng)直接與傳動系統(tǒng)中的增速箱行星架連接， 增速箱輸出端太陽輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子用花鍵套連接，增速箱與發(fā)電機(jī)中 心有一根空心軸連接，發(fā)電機(jī)空心軸輸出端連接導(dǎo)電滑環(huán)轉(zhuǎn)子，滑環(huán) 定子通過滑環(huán)支架固定在發(fā)電機(jī)定子外殼上，滑環(huán)電纜穿過空心軸 孔。(3) 所述的偏航系統(tǒng)包括偏航電動機(jī)、偏航減速機(jī)、偏航軸承、偏航閘和偏航制動盤，偏航軸承外圈與塔筒連接，內(nèi)圈與回轉(zhuǎn)支架連 接，偏航減速機(jī)固定在回轉(zhuǎn)支架上，其輸出齒輪與軸承外圈外齒嚙合， 偏航電動機(jī)連接偏航減速機(jī)齒輪，偏航閘固定在回轉(zhuǎn)支架上，偏航制 動盤固定在軸承外圈和塔筒之間。(4) 所述的變槳控制單元包括變槳驅(qū)動裝置和變槳控制系統(tǒng)， 變槳驅(qū)動裝置由變槳電機(jī)及變槳減速機(jī)組成，其中變槳軸承外圈與輪 轂固定連接，軸承內(nèi)圈與葉片連接，變槳減速機(jī)與輪轂連接，其輸出 齒輪與軸承內(nèi)圈內(nèi)齒嚙合，變槳控制系統(tǒng)位于輪轂內(nèi)部。(5) 所述的電氣系統(tǒng)由塔頂柜、塔底柜、系統(tǒng)控制單元和電纜 組成，塔頂柜、塔底柜分別與系統(tǒng)控制單元和電纜連接。實(shí)施例2:結(jié)合圖l一圖4，本發(fā)明并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速 恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，所述的葉輪系統(tǒng)中的輪轂X4)直接與傳動系統(tǒng) 的增速箱行星架(30)法蘭相連接，葉輪系統(tǒng)中變槳軸承(3)外圈與輪 轂(4)固定連接，軸承內(nèi)圈與葉片(5)連接，變槳減速機(jī)(6)與輪轂(4) 連接，其輸出齒輪與變槳軸承(3)內(nèi)圈內(nèi)齒嚙合，變槳電動機(jī)(2)驅(qū)動 變槳減速機(jī)齒輪，使葉片(5)轉(zhuǎn)動。變槳控制單元(1)安裝在輪轂(4) 內(nèi)部。傳動系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)定子外殼(12)和增速箱內(nèi)齒圈外殼(7)分別 以前法蘭和后法蘭的方式固定在支撐系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)支架上，增速箱行星架(30)帶動行星輪(29)驅(qū)動增速箱太陽輪，太陽輪輸出端用花鍵套(9) 與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(9)相連，增速箱空心軸(8)固定在增速箱行星架(30) 上，空心軸與滑環(huán)(24)轉(zhuǎn)子連接，滑環(huán)定子用滑環(huán)支架(25)連接在發(fā) 電機(jī)定子外殼(ll)上，發(fā)電機(jī)制動盤(26)安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，發(fā)電 機(jī)制動器(14)安裝在發(fā)電機(jī)定子外殼(ll)上，其他支撐機(jī)構(gòu)(20)安 裝回轉(zhuǎn)支架上，溫控柜、塔頂柜、變頻器和溫控系統(tǒng)外部冷卻器安裝 在其他支撐機(jī)構(gòu)(20)上，發(fā)電機(jī)冷卻管路(21)連接在溫控柜(19)與發(fā) 電機(jī)之間，變頻器冷卻管路(22)連接在變頻器與溫控柜(19)之間，溫 控系統(tǒng)外部冷卻管路(36)連接在溫控系統(tǒng)外部冷卻器(37)與溫控柜 之間。液壓站(23)安裝在回轉(zhuǎn)支架(10)上，發(fā)電機(jī)制動器液壓管(15) 連接在液壓站(23)與發(fā)電機(jī)制動器(14)之間，偏航閘(35)安裝在回轉(zhuǎn) 支架(10)底部，偏航閘液壓管路(40)連接在液壓站(23)與偏航閘(35) 之間。偏航系統(tǒng)中的偏航軸承(27)外圈與塔筒(32)連接，內(nèi)圈與回轉(zhuǎn) 支架(10)連接，偏航減速機(jī)(38)固定在回轉(zhuǎn)支架(10)上，其輸出齒輪 與軸承外圈外齒嚙合，偏航電動機(jī)(34)驅(qū)動減速機(jī)齒輪使回轉(zhuǎn)支架 (IO)轉(zhuǎn)動，偏航閘(35)固定在回轉(zhuǎn)支架上，偏航制動盤(39)固定在軸 承外圈和塔筒(32)之間，需要制動時，偏航閘(35)夾緊制動盤。電控 系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)與變頻器間電纜(13)連接在發(fā)電機(jī)與變頻器之間，變頻 器與塔底柜間電纜(31)連接在變頻器與塔底柜(33)之間，各系統(tǒng)控制 電纜(18)連接在塔頂柜(17)與各系統(tǒng)之間。
權(quán)利要求
1.一種并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，它是由葉輪系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成的，其特征在于葉輪系統(tǒng)直接與傳動系統(tǒng)的增速箱行星架法蘭相連接，葉輪系統(tǒng)包括三片葉片、輪轂和變槳控制單元，傳動系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)定子外殼和增速箱內(nèi)齒圈外殼分別以前法蘭和后法蘭的方式固定在支撐系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)支架上，發(fā)電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，內(nèi)轉(zhuǎn)子前軸與齒輪箱輸出軸用外花鍵聯(lián)接，后軸伸出端安裝剎車盤，增速箱和發(fā)電機(jī)空心軸孔穿過滑環(huán)電纜，支撐系統(tǒng)中除回轉(zhuǎn)支架用于支撐傳動系統(tǒng)外，還有底架用于支撐電氣系統(tǒng)的控制柜、電纜、溫控系統(tǒng)的溫控柜及管路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速恒頻風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的支撐系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)支架其結(jié)構(gòu)前立面 與豎直方向成4。夾角，有雙側(cè)立面法蘭和底部法蘭，內(nèi)部法蘭安裝 發(fā)電機(jī)，外部法蘭安裝增速箱，構(gòu)成傳動系統(tǒng)，使安裝在增速箱行星 架上的葉輪與傳動系統(tǒng)處于一條直線，且與水平方向成4。夾角，底 部法蘭安裝在偏航軸承內(nèi)圈上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速恒頻風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的葉輪系統(tǒng)直接與傳動系統(tǒng)中的增速箱 行星架連接，增速箱輸出端太陽輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子用花鍵套連接，增速 箱與發(fā)電機(jī)中心有一根空心軸連接，發(fā)電機(jī)空心軸輸出端連接導(dǎo)電滑 環(huán)轉(zhuǎn)子，滑環(huán)定子通過滑環(huán)支架固定在發(fā)電機(jī)定子外殼上，滑環(huán)電纜 穿過空心軸孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速恒頻風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組，其特征在于所述的偏航系統(tǒng)包括偏航電動機(jī)、偏航減速機(jī)、 偏航軸承、偏航閘和偏航制動盤，偏航軸承外圈與塔筒連接，內(nèi)圈與 回轉(zhuǎn)支架連接，偏航減速機(jī)固定在回轉(zhuǎn)支架上，其輸出齒輪與軸承外 圈外齒嚙合，偏航電動機(jī)連接偏航減速機(jī)齒輪，偏航閘固定在回轉(zhuǎn)支 架上，偏航制動盤固定在軸承外圈和塔簡之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速恒頻風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的變槳控制單元包括變槳驅(qū)動裝置和變槳控制系統(tǒng)，變槳驅(qū)動裝置由變槳電機(jī)及變槳減速機(jī)組成，其中變槳 軸承外圈與輪轂固定連接，軸承內(nèi)圈與葉片連接，變槳減速機(jī)與輪轂 連接，其輸出齒輪與軸承內(nèi)圈內(nèi)齒嚙合，變槳控制系統(tǒng)位于輪轂內(nèi)部。 L
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速恒頻風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的電氣系統(tǒng)由塔頂柜、塔底柜、系統(tǒng)控 制單元和電纜組成，塔頂柜、塔底柜分別與系統(tǒng)控制單元和電纜連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種針對目前我國流行的直驅(qū)型和雙饋型兩種機(jī)型開發(fā)的一種并網(wǎng)型混合驅(qū)動式變槳變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。它是由葉輪系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成的，葉輪系統(tǒng)直接與傳動系統(tǒng)的增速箱行星架法蘭相連接，葉輪系統(tǒng)包括三片葉片、輪轂和變槳控制單元，傳動系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)定子外殼和增速箱內(nèi)齒圈外殼分別以前法蘭和后法蘭的方式固定在支撐系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)支架上，發(fā)電機(jī)為同步永磁發(fā)電機(jī)。本發(fā)明采用一級行星齒輪箱和低速永磁同步發(fā)電機(jī)，體積小、結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)組維護(hù)項(xiàng)目少、維護(hù)成本低、無需特殊吊裝設(shè)備，機(jī)組有充裕的空間滿足維護(hù)和人機(jī)工程學(xué)要求，所有部件具有最佳的可維護(hù)性。
文檔編號F03D9/00GK101660499SQ20091007297
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者丁常寶, 劉玉新, 林志強(qiáng), 勇 王, 王曉輝, 董乾哲, 許社忠, 高亞春 申請人:哈爾濱哈飛工業(yè)有限責(zé)任公司