本發(fā)明涉及風力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是一種風機內(nèi)的偏航電機的供電系統(tǒng)及供電方法。

背景技術(shù)：

隨著常規(guī)能源短缺和環(huán)境污染問題加劇，風能作為可再生綠色能源，對其開發(fā)利用十分重要。在風力發(fā)電中，為了提高風能利用率，風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)要具有自動偏航的功能，即偏航系統(tǒng)要自動準確對風。在氣象預報有強臺風后，風場的中央控制器可以命令每臺風機停機，葉輪對準風向，葉片變槳至順槳角度，這樣可以使風輪上產(chǎn)生的周向力矩與軸向推力最小。尤其是在海上風場，有時強力臺風會破壞電網(wǎng)系統(tǒng)，使得風機的外網(wǎng)供電線路被切斷，此時無法及時進行線路搶修，除天氣因素外偶爾也會有船只拋錨砸斷海底電纜的意外，偏航電機需要啟用備用電源供電，現(xiàn)有的偏航電機備用電源一般有兩種，一種為蓄電池，平時蓄電池由電網(wǎng)充電，在電網(wǎng)掉電后，蓄電池為偏航電機供電；另一種為柴油發(fā)電機，在電網(wǎng)掉電后柴油發(fā)電機工作，為偏航電機供電。這兩種供電方式都存在著一定的局限性，首先，采用蓄電池供電的方式，需要在機艙內(nèi)安裝一較大容量的蓄電池，不僅成本高，而且電池壽命有限，供電時間短，維護成本高，而采用柴油發(fā)電機供電的方式，設(shè)備體積大，發(fā)電效率低，并且需要消耗燃油，啟動緩慢，柴油發(fā)電機在機艙內(nèi)排放會污染設(shè)備，且有火災風限，維護成本也比較高。

鑒于此提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在電網(wǎng)掉電時，利用垂直軸風力發(fā)電機發(fā)電的風機內(nèi)的偏航電機的供電系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種風機內(nèi)的偏航電機的供電系統(tǒng)的供電方法，以實現(xiàn)低成本、無能耗，可快速響應的供電方式。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種風機內(nèi)的偏航電機的供電系統(tǒng)，包括，安裝在機艙內(nèi)的偏航電機，與偏航電機連接的變頻驅(qū)動器，所述變頻驅(qū)動器與電網(wǎng)連接用于為偏航電機供電，所述機艙的上方安裝有垂直軸風力發(fā)電機，所述垂直軸風力發(fā)電機通過變頻驅(qū)動器與偏航電機連接，以在電網(wǎng)掉電時為偏航電機供電。

進一步，所述變頻驅(qū)動器設(shè)有電網(wǎng)接入端口、垂直軸風力發(fā)電機接入端口和偏航電機接入端口，所述電網(wǎng)接入端口和垂直軸風力發(fā)電機接入端口以并聯(lián)的方式與偏航電機接入端口連接。

進一步，所述變頻驅(qū)動器內(nèi)設(shè)有電網(wǎng)掉電觸發(fā)開關(guān)，所述電網(wǎng)掉電觸發(fā)開關(guān)與垂直軸風力發(fā)電機接入端口串聯(lián)，并在電網(wǎng)掉電時接通垂直軸風力發(fā)電機接入端口與偏航電機接入端口。

進一步，所述垂直軸風力發(fā)電機設(shè)置在風力發(fā)電機的風輪后方，垂直軸風力發(fā)電機的高度小于風力發(fā)電機的風向標的高度。

進一步，所述垂直軸風力發(fā)電機內(nèi)設(shè)有剎車裝置，所述剎車裝置由電網(wǎng)供電，在電網(wǎng)掉電時，所述剎車裝置解除對垂直軸風力發(fā)電機的剎車作用。

一種風機內(nèi)的偏航電機的供電系統(tǒng)的供電方法，包括以下步驟：

第一步，判斷電網(wǎng)供電是否正常，在供電正常時，電網(wǎng)為偏航電機供電，當電網(wǎng)掉電時，垂直軸風力發(fā)電機與偏航電機連通；

第二步，垂直軸風力發(fā)電機發(fā)電，并為偏航電機供電。

進一步，在第一步中，當電網(wǎng)供電正常時，垂直軸風力發(fā)電機處于剎車狀態(tài)，當電網(wǎng)掉電時，垂直軸風力發(fā)電機的剎車狀態(tài)解除。

進一步，在第二步中，垂直軸風力發(fā)電機產(chǎn)生的交流電先經(jīng)變頻驅(qū)動器變頻、變壓處理后供給偏航電機，在垂直軸風力發(fā)電機供電時，變頻驅(qū)動器調(diào)節(jié)偏航轉(zhuǎn)速低于電網(wǎng)供電時轉(zhuǎn)速，以便較小的功率提供足夠的偏航扭矩。

采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案后，帶來以下有益效果：

本發(fā)明取消了原有風力發(fā)電機中的偏航電機的備用電源系統(tǒng)，改為垂直軸風力發(fā)電機作為偏航電機的備用電源，一般情況下，主要由強臺風造成電網(wǎng)掉電時才需啟動偏航電機備用電源，本發(fā)明中的垂直軸風力發(fā)電機可以有效利用臺風的能量為偏航電機供電，不需要依靠備用化石燃料或蓄電池，因此供電時間可以與臺風的作用時間相同，不受儲能不足的限制，并且垂直軸風力發(fā)電機的成本低，重量輕，安裝和維護方便，有效降低了企業(yè)成本，帶來了較大的經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1：本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本發(fā)明的連接原理圖；

其中：1、機艙2、輪轂3、風輪4、塔筒5、偏航電機6、主軸箱7、齒輪變速箱8、發(fā)電機9、變頻驅(qū)動器10、垂直軸風力發(fā)電機11、電網(wǎng)接入端口12、垂直軸風力發(fā)電機接入端口13、偏航電機接入端口14、固定座15、主軸16、葉片17、風向標。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的描述。

如圖1所示，風力發(fā)電機，一般可包括，塔筒4，安裝在塔筒4上的機艙1，安裝在機艙1前側(cè)的輪轂2和風輪3，在機艙1內(nèi)設(shè)有主軸箱6、齒輪變速箱7和發(fā)電機8，在機艙1外的頂部設(shè)有風向標17，所述發(fā)電機8的轉(zhuǎn)軸通過齒輪變速箱7和主軸箱6與輪轂2連接，風輪3旋轉(zhuǎn)時帶動發(fā)電機8轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)發(fā)電。

一種風機內(nèi)的偏航電機的供電系統(tǒng)，安裝于上述風力發(fā)電機中，包括，安裝在機艙1內(nèi)的偏航電機5，與偏航電機5連接的變頻驅(qū)動器9，所述變頻驅(qū)動器9與電網(wǎng)連接用于為偏航電機5供電。偏航電機5驅(qū)動機艙1整體旋轉(zhuǎn)，使風輪3始終處于迎風狀態(tài)，以便在發(fā)電時最大限度地吸收風能，在大風切出順槳狀態(tài)時受風載荷最小。在機艙1的上方還安裝有垂直軸風力發(fā)電機10，所述垂直軸風力發(fā)電機10通過變頻驅(qū)動器9與偏航電機5連接，以在電網(wǎng)掉電時，垂直軸風力發(fā)電機10作為備用電源為偏航電機5供電。

所述垂直軸風力發(fā)電機10設(shè)置在風力發(fā)電機的風輪3后方且風向標17的前方，以減少對風輪3的影響，為減小對風向標17的影響，垂直軸風力發(fā)電機10的高度小于風向標17的高度。

如圖2所示，所述變頻驅(qū)動器9設(shè)有電網(wǎng)接入端口11、垂直軸風力發(fā)電機接入端口12和偏航電機接入端口13，所述電網(wǎng)接入端口11和垂直軸風力發(fā)電機接入端口12以并聯(lián)的方式與偏航電機接入端口13連接。從電網(wǎng)或垂直軸風力發(fā)電機10輸送來的交流電經(jīng)變頻驅(qū)動器7內(nèi)部電路處理后供給偏航電機5，使偏航電機5能夠正常工作。

所述變頻驅(qū)動器9內(nèi)設(shè)有電網(wǎng)掉電觸發(fā)開關(guān)，所述電網(wǎng)掉電觸發(fā)開關(guān)包括動作端和控制端，動作端與垂直軸風力發(fā)電機接入端口12串聯(lián)，控制端與電網(wǎng)串聯(lián)，在電網(wǎng)掉電時動作端接通垂直軸風力發(fā)電機接入端口12與偏航電機接入端口13。電網(wǎng)掉電觸發(fā)開關(guān)可以采用接觸器，其中，其控制端為線圈，動作端為常閉觸點，常閉觸點與垂直軸風力發(fā)電機接入端口12串聯(lián)，接觸器的線圈與電網(wǎng)串聯(lián)，在電網(wǎng)通電時，線圈得電，常閉觸點斷開，垂直軸風力發(fā)電機10與偏航電機5斷開連接，當電網(wǎng)掉電時，線圈失電，常閉觸點閉合，使垂直軸風力發(fā)電機10與偏航電機5連通，實現(xiàn)供電連接。

優(yōu)選地，所述垂直軸風力發(fā)電機10內(nèi)設(shè)有剎車裝置，所述剎車裝置由電網(wǎng)供電，在電網(wǎng)掉電時，所述剎車裝置解除對垂直軸風力發(fā)電機10的剎車作用。在電網(wǎng)供電正常時，垂直軸風力發(fā)電機10由剎車裝置鎖死，不會轉(zhuǎn)動，以避免其零件的磨損，只有當電網(wǎng)掉電后，垂直軸風力發(fā)電機10才可以轉(zhuǎn)動，用于發(fā)電。所述剎車裝置為現(xiàn)有的垂直軸風力發(fā)電機10內(nèi)安裝的剎車裝置，其具體結(jié)構(gòu)在此不再詳細描述。

一般風機偏航速度較低，偏航電機5的功率較小，為保證偏航電機5的正常運轉(zhuǎn)，所述垂直軸風力發(fā)電機10的額定發(fā)電功率優(yōu)選大于偏航電機5的額定功率，垂直軸風力發(fā)電機10的發(fā)電功率受風速影響變化較大，由于本發(fā)明的垂直軸風力發(fā)電機10一般是在臺風天氣導致電網(wǎng)掉電的情況下才開始工作，這種情況下，垂直軸風力發(fā)電機10的轉(zhuǎn)速一般能夠達到額定轉(zhuǎn)速，即以額定功率發(fā)電，即便垂直軸發(fā)電機10無法達到偏航額定供電，偏航電機5仍然可以恒定轉(zhuǎn)矩輸出，降低偏航速度，以降低功率需求。

優(yōu)選地，所述垂直軸風力發(fā)電機10采用發(fā)電效率較高的升力型垂直軸風力發(fā)電機，該型垂直軸風力發(fā)電機具有較好的空氣動力學性能。所述垂直軸風力發(fā)電機10一般可包括，位于底部的固定座14，固定座14內(nèi)安裝有變速齒輪箱和發(fā)電機，與固定座14轉(zhuǎn)動連接的主軸15，主軸15的外圍固定安裝有多個葉片16，主軸15通過變速齒輪箱與發(fā)電機轉(zhuǎn)軸連接，固定座14可通過螺栓固定在機艙1頂部。垂直軸風力發(fā)電機10的主軸15與風機塔筒4的軸線平行。

一種風機內(nèi)的偏航電機的供電系統(tǒng)的供電方法，包括以下步驟：

第一步，判斷電網(wǎng)供電是否正常，在供電正常時，電網(wǎng)為偏航電機5供電，當電網(wǎng)掉電時，垂直軸風力發(fā)電機10與偏航電機5連通；

第二步，垂直軸風力發(fā)電機10發(fā)電，并為偏航電機5供電。

具體地，在第一步中，當電網(wǎng)供電正常時，垂直軸風力發(fā)電機10處于剎車狀態(tài)，同時垂直軸風力發(fā)電機10與偏航電機5的連接處于斷開狀態(tài)，電網(wǎng)通過變頻驅(qū)動器9直接為偏航電機5供電。當電網(wǎng)掉電時，一般為強臺風吹斷電網(wǎng)，使電網(wǎng)與風力發(fā)電機組斷開連接，此時，垂直軸風力發(fā)電機10的剎車狀態(tài)解除，并且垂直軸風力發(fā)電機10與偏航電機5的供電連接被接通。

在第二步中，垂直軸風力發(fā)電機10在風力作用下產(chǎn)生交流電，并先經(jīng)變頻驅(qū)動器9變頻、變壓處理后供給偏航電機5，在垂直軸風力發(fā)電機10供電時，變頻驅(qū)動器9調(diào)節(jié)偏航轉(zhuǎn)速低于電網(wǎng)供電時轉(zhuǎn)速，以便較小的功率提供足夠的偏航扭矩。一般偏航電機5的供電電壓為690v，頻率為50/60hz，因此，變頻驅(qū)動器9輸出的電壓與頻率相應為690v，50/60hz。偏航電機5在垂直軸風力發(fā)電機10供電的情況下依然可以正常工作，并能調(diào)整機艙1位置，使風輪3對準風向，以降低臺風對風力發(fā)電機造成的損壞。

例外，同樣原理，利用垂直軸風力發(fā)電機也可以為風力發(fā)電機上的其他裝置供電，如，為變槳電機供電，其供電方法與偏航電機的供電方法相同。

以上所述為本發(fā)明的實施方式，應當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理前提下，還可以做出多種變形和改進，這也應該視為本發(fā)明的保護范圍。